绳牵引并联机器人的静刚度解析

基于微分变换和线几何理论,建立包含关节弹性变形以及绳拉力等因素的绳牵引并联机器人的刚度模型,推导刚度矩阵的数学表达式.模型不仅考虑驱动单元、绳的弹性变形对机构刚度的影响,而且考虑机构在广义外力作用下由末端执行器微分运动所引起的结构矩阵的变化.通过线矢量的引入,分步求导模型中结构矩阵对末端执行器位姿变分的三维Hessian矩阵.模型表明,绳牵引并联机器人的系统刚度由两部分组成,其中一部分主要取决于绳的几何布置、末端执行器的位姿、驱动支链的物理特性;另一部分表达为结构矩阵相对末端执行器位姿的变分-Hessian矩阵与绳拉力矢量的乘积.大射电望远镜5m缩尺模型数值仿真与试验结果的对比验证了该方法的正确有效.     

冗余约束绳驱并联机器人的位姿正解

提出一种基于Levenberg-Marquardt方法求解并联机器人的位姿正解算法。建立一种冗余约束的绳驱并联机器人运动学模型,将机构参数化以求解位姿反解问题。建立非线性正解方程组,取末端执行器的原始位姿作为迭代初值,运用所提出的算法求解位姿正解。利用Matlab/Simulink/xPC工具进行仿真实验,选取复杂的周期性圆曲线作为并联机器人的运动轨迹,进行实时仿真;经验证,该算法可完成精确的位姿正解运算,实现平稳的运动轨迹,具有良好的实时性。选取5种位姿组合,验证该算法的高效性,验算结果表明,该算法迭代次数少、运算时间短、求解精度高,为实现并联机器人的实时监测和复杂控制策略提供了一定的理论指导。     

绳牵引腰部康复训练并联机器人的建模和控制仿真

随着腰部康复需求增加，为了给患者提供更有效的治疗服务，本文设计了一种适用于腰部康复训练的四绳三自由度绳牵引并联机器人。基于所设计的机器人结构，建立其运动学和动力学模型；针对牵引绳拉力问题，将机器人绳拉力分解为有效驱动力和内力，从而确保机器人在运动过程中满足动力学方程；针对康复训练机器人需要对位置和力同时控制的要求，设计了一种力/位混合控制律，并以典型人体腰部康复训练轨迹为实例进行仿真实验。结果表明，所设计的机械结构可行，所设计的控制律正确、可靠，力/位控制精度良好。     

三自由度绳牵引平面并联机器人力/位控制研究

针对三自由度平面绳牵引并联机器人在如何保持一定绳张力的条件下实现位置控制的问题进行了仿真研究.利用牛顿-欧拉法建立了机器人的包括电机在内的动力学方程.考虑到系统正常工作时绳需要具有一定的张力,给出了力分解模型,提出了一种力/位并行控制策略:力回路用于控制绳的张力大小,位置回路用于实现末端轨迹跟踪.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能够解决绳的张力问题,而且满足对轨迹跟踪要求.     

低速风洞层流风场中WDPSS-8机器人系统索系流固耦合效应的动静力特性分析

由于绳索存在柔性,导致低速风洞绳牵引并联支撑系统飞行器模型在进行静态实验时存在索系风振耦合行为,从而引起末端位姿偏离既定值,为了对位姿偏离进行实时补偿,以WDPSS-8机器人系统为研究对象,假设索系处于线弹性范围之内且受一定的轴向拉力,基于ANSYS/CFX软件,研究逐个末端位姿所对应的索系在风速为35m/s的层流风场作用下所表现出的考虑双向流固耦合效应的动静力特性。结果表明:索系支撑系统的气动干扰有望比传统硬式支撑系统的气动干扰小得多;吹风时索系会产生顺风向弯曲的复杂三维振动而导致末端位姿产生变化,除了必须实时在线补偿这种位姿变化外,还要解决随模型位姿改变的索系振动抑制问题和模型与索系连接点处的流动控制问题;同时由于索系内应力也会产生变化,即使有索系减振措施,通过测量绳拉力来获取气动力/力矩的方式也是不可行的。     

3自由度并联机器人的运动学与动力学分析

对一种空间 3 自由度并联机器人(3-RRS 并联机器人)进行运动学和动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一球面副的支链组成.完全描述此并联机器人动平台的位置和姿态需要6个变量,即平台上一参考点的3个位移和3个转角.由于此并联机器人拥有2个转动自由度和1个移动自由度,所以,在动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的.首先,推导此种并联机器人动平台的6个位姿参数之间的约束关系,给出这些变量之间的解析表达式.然后,基于Lagrange方程建立此并联机器人的动力学模型.在此基础上,通过算例分析驱动构件角速度、驱动力/力矩和能耗的变化规律.这些内容为进一步研究此种空间并联机器人的动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义.     

Exechon并联模块的静刚度建模与分析*

为研究Exechon并联模块的刚度性能,采用子结构综合方法建立该模块的刚度解析模型。分别采用虚拟关节法和有限元法计入各关节和支链体的柔性,并通过推导动平台和支链装配体间的变形协调方程构建出系统的弹性静力学模型。由系统方程抽取出动平台刚度矩阵,据此预估Exechon并联模块在典型位姿和工作全域内的刚度性能,并将其与有限元仿真结果进行对比。结果表明,所建解析模型具有较高计算精度,可快速预估机构工作全域的刚度特性;Exechon并联模块在工作空间任一截面内的刚度关于x轴对称分布,且沿w方向的刚度受机构位形影响较小。     

冗余约束绳驱并联机器人的张力分配研究

提出一种改进的二次规划方法求解冗余约束绳驱并联机器人的绳索张力分配问题.建立一般冗余约束绳驱并联机器人运动学模型,对机构进行受力分析,得到一般冗余约束绳驱并联机器人的动力学方程.结合力封闭的思想,引入参考力的概念,改进传统的二次规划方法,得到了适用于冗余约束绳驱并联机器人的绳索张力分配优化模型.以八绳六自由度绳驱并联机...     

Delta型并联机器人的位姿误差模型建立与求解

为分析Delta型并联机器人的运动学参数误差对绝对定位精度的影响,建立和求解了位姿误差模型。将并联的传动支链拆分为串联机构,利用D-H变换矩阵求解出运动学模型,将从动臂的微转角引入D-H变换矩阵中,再根据动平台中心位姿误差的唯一性,求解得到用线性方程组表示的位姿误差模型。将某实际Delta型并联机器人的减速器安装端面的角度误差进行模型分析,验证了模型的可靠性。该模型可为Delta型并联机器人的后续精度分析和误差补偿提供分析工具。     

液压驱动Stewart平台位姿控制仿真

由于液压系统的特点以及Stewart平台的结构特性，使液压驱动Stewart平台得到越来越广泛的应用。针对液压驱动Stewart平台，联合平台的运动学和动力学，构建了整个位姿系统的模型；研究了平台的位姿控制策略，并进行了频率特性分析和仿真分析，验证了控制策略的有效性。     

行走·定位一体化飞机制孔六足机器人研究

根据飞机制孔的技术要求,设计了一种飞机制孔六足机器人。机器人采用行走-定位一体化的设计方案,并且具有冗余驱动。首先介绍机器人的构型,对机构的自由度进行了分析,然后建立机器人的运动学和动力学模型,重点研究了机器人的力/位置混合控制策略,最后进行了行走实验和工作平台位姿调整实验。实验表明,力/位置混合控制策略满足制孔机器人行走和定位的性能指标。     

并联机器人位姿误差与结构误差的关系分析

介绍了一种特定结构的机器人(3PRS并联机器人)的模型、位姿误差计算方法,以及位姿误差与结构误差关系分析的方法和过程。得出如下结论:结构误差对动平台位姿误差的作用相互独立,不考虑其它误差的影响时,位姿误差是结构误差分别作用后叠加的结果;机器人位置一定时,位姿误差与结构误差呈线性关系,表达式系数由机器人模型尺寸和滑杆位置决定。     

一种新型6自由度正交并联机器人机构的柔度分析

介绍一种具有正交位姿的 6自由度并联机器人新机型的布局特点 ,推导出变形与力关系方程式 ,对其在正交位姿的柔度及柔度与机构几何参数关系进行分析 ,为该机型设计和使用提供理论依据。该机型在正交位姿具有独特优点 ,使它特别适合于作为 6自由度微动工作台和 6维力传感器结构     

冗余驱动支链对3RPS并联机构刚度的改善

在考虑雅可比矩阵变化与动平台姿态偏移之间映射关系的基础上,基于螺旋理论和矢量微分法建立了3RPS并联机构末端位姿偏移与支链构件变形之间的映射模型。首先采用螺旋理论和矢量微分法分析了支链各构件刚度与整个支链刚度之间的关系,然后建立了3RPS并联机构的瞬时刚度模型,并分析了雅可比矩阵的变化对机构刚度的影响。对冗余驱动支链改善并联机构刚度的原理进行了分析,建立了冗余驱动并联机构的整机刚度模型。仿真分析和实验验证,冗余驱动支链确实能够改善并联机构的刚度。     

大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人伺服带宽分析

利用有限元通用软件ANSYS建立了大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人的有限元模型；采用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了该模型的参数化设计；通过对任意位姿结构进行模态分析，计算出并联机器人在其工作空间内的固有频率分布；根据伺服系统设计原则，确定了该并联机器人的伺服带宽。     

基于Open Inventor的六自由度并联机器人虚拟同步运动研究

针对六自由度大载荷并联机器人的工作监控问题,以Open Inventor为开发平台,对并联机器人虚拟同步运动进行了研究。首先,用Pro/E进行了零部件建模,并导入Open Inventor开发环境,用VRML虚拟现实语言描述了各零部件的连接关系,搭建了虚拟机器人;然后,构建了由立体视觉和位置正解算法组成的复合检测系统,用以实时检测实体并联机器人的位姿;最后,将位姿信息传送至虚拟机器人,由Open Inventor借助其场景渲染能力,利用内置的引擎工具完成了虚拟机器人的同步运动。试验研究结果表明,该机器人虚拟运动逼真流畅,位姿检测精度能控制在0.05 mm内,位姿检测与计算带来的虚拟运动延迟能够控制在0.5 s内;系统不仅能够满足并联机器人一般监控的需要,还提供了一种可供参考的精确位姿检测方式。     

绳驱动柔性机器人运动学建模及主从控制研究

针对目前组装式绳驱动柔性机器人存在的装配复杂、控制精度差与刚度低等问题，提出了一种用于狭小空间探测的超冗余绳驱动柔性机器人。首先，设计了一种通过卯榫连接的绳驱动柔性机械臂，基于常曲率假设，利用MATLAB软件建立了该机器臂的运动学模型，并对其工作空间与绳长变化量进行了仿真分析；然后，分别设计了基于上位机软件界面和增量映射模型的主从控制方法；最后，搭建了单关节的柔性检测机器人系统样机平台，并通过旋转弯曲与负载弯曲试验，对所建模型和控制策略进行了验证。研究结果表明：新构型柔性机器臂可以解决柔性机器人刚度较低的问题，其运动特性明显优于芯柱型柔性机器人，其负载能力达到250 g时，末端位置的控制误差小于8%,满足柔性机器人的控制需求。     

后坐力激励下的小型履带机器人位姿变化研究

为提高小型履带式机器人的射击精度与控制稳定性,通过有限元分析的方法研究了武器发射后坐力下小型履带式机器人位姿（位置与姿态）变化的情况;基于自动武器动力学、车辆地面力学,在有限元分析软件Abaqus中建立了某武装小型履带式机器人多体系统有限元模型;分析了缓冲器阻尼系数在0.5～4.0Ns/mm、弹簧刚度在1～8N/mm范围内对机器人最终位移量的影响,并得出了最优的缓冲器方案;分析了负载在0～5kg、仰角在0～30°的范围内对机器人最终位姿的影响,并拟合出负载与仰角关于机器人最终位姿参数的回归方程。结果表明,缓冲器的参数变化、机器人的负载与发射仰角变化均对机器人在后坐力作用下的位姿变化产生显著影响,其中机器人负载和发射仰角与最终位姿参数具有强相关性。     

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人静力学及其微动平台的静刚度分析

并联微动机器人通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,静力学和静刚度是微动机器人必须解决的问题。充分考虑弹性铰链的弹性反力/力矩,对6-PSS并联微动机器人进行静力学分析,建立了压电陶瓷驱动力与微动平台外载的关系模型,并定义了微动机器人的驱动刚度矩阵。基于并联微动机器人的特殊性,定义了微动平台的刚度,通过静刚度分析推导出了微动平台刚度矩阵,为并联微动机器人结构刚度设计、弹性铰链刚度综合和动力学分析提供了理论基础。     

2RPU/UPR+RP五自由度混联机器人静刚度分析

为快速建立基于三自由度并联机构2RPU/UPR构造出的五自由度混联机器人的解析刚度模型,首先对混联机器人的结构进行了描述;然后基于串联和并联结构独立求解思想,建立了混联机器人的位置反解模型;再对混联机器人的结构进行简化处理,分别求解并联部分与串联部分两子系统的静刚度模型,从构造系统的力旋量系和弹性变形协调条件入手,简单且快速地建立了混联机器人的整体刚度模型;最后构造混联机器人的等效三维模型,运用有限元和MATLAB软件,对典型位姿下混联机器人受外力/力矩产生的微位移进行仿真验证,并给出了整机静刚度在任务空间中随位形变化分布图。通过仿真与理论计算的对比分析,验证了该混联机器人理论刚度模型的正确性。