Gough-Stewart并联机构谐振频率特性试验研究

对具有不同结构参数的Gough-Stewart并联机器人机构进行典型位姿下的脉冲激励试验,研究系统谐振频率随结构参数和位姿的变化规律。首先,按照一定的结构参数装配机构,在上平台的结构特征点布设加速度计。然后,在典型位姿进行脉冲激励,记录特征点空间三个自由度方向上的加速度响应,利用分析软件求解频率响应函数曲线,并进行谐振频率辨识,分析谐振频率随位姿的变化情况。最后,改变结构参数重新装配机构,重复试验过程,分析谐振频率随结构参数的变化情况。研究结果可作为机器人动态优化设计与控制器设计的参考。     

Gough-Stewart并联机构无奇异位置路径规划

奇异位形严重影响并联机器人机构的性能,有必要在获得机构奇异位形分布规律基础上进一步探讨机构的奇异规避问题.主要研究六自由度Gough-Stewart并联机构的奇异轨迹几何性质和无奇异路径规划.构建机构位置奇异轨迹方程,并指出机构位于一系列动平面上的位置奇异轨迹均为具有明显几何性质的二次曲线.基于上述奇异轨迹几何性质,当给定起始点和目标点时,给出机构无奇异运动路径存在与否的一般性判别方法;若存在无奇异运动路径,进一步给出机构位于动平面上的无奇异路径规划具体实现方法;以数值实例验证了上述方法的有效性.研究成果对并联机器人机构的奇异规避问题研究具有重要的理论意义和实际参考价值.     

三平动并联机构动力学建模与工作空间分析

目的 以可以实现空间三维平动的3-UPU并联机构为研究对象, 对其进行运动学建模、 动力学建模以及工作空间和动力学仿真。方法 通过几何法建立机构的运动学模型, 同时使用拉格朗日方法建立3-UPU并联机构的动力学模型, 最后采用优化后的极限边界搜索法, 建立并分析并联机器人的工作空间, 求解工作空间的面积。在工作空间和速度与加速度的约束下, 采用五次样条曲线进行轨迹规划, 利用Matlab进行逆运动学与逆动力学建模与仿真。结果 通过对动力学建模仿真与工作空间的分析可知,该机构有较大和对称的工作空间, 同时拥有相对简单的动力学方程和较好的动力学性能。结论 3-UPU并联机构在工业自动化柔性包装、 搬运与加工装配中, 有广泛的应用前景。     

3-PUPU并联机构的运动学与工作空间分析

目的针对一种六自由度3-PUPU并联机构,对其运动性能和工作空间进行研究。方法利用修正的(G-K)公式对该并联机构动平台的自由度进行计算,并建立机构的逆运动学和正运动学特征方程式,然后利用Matlab/Simulink中的Sim Mechanics功能模块建立3-PUPU并联机构及结构框图,利用杆长的运动范围限制条件编程求得3-PUPU并联机构的工作空间。结果该并联机构的工作空间范围较大,形状规则,结构紧凑,无空洞。结论 3-PUPU机构具有良好的工作空间性能。     

六自由度并联机构工作空间实验与研究

本文通过在Matlab程序环境下编写并联机构在定姿态下位置工作空间的搜索算法,并以此为条件研究了6-UPS Stewart并联机构并联杆杆长约束,铰链约束,并联杆干涉及动定平台外接圆半径比等约束因素对机构工作空间的影响,为并联机构工作空间研究以及其在工程项目中的应用提供了理论依据。     

3-URPR并联机构的逆运动学与可达工作空间分析

目的 通过对推动臂结构尺寸进行优化设计,得到在提高推动臂工作性能和力学性能的前提下减小质量的最优方案。方法 以推动臂的质量为优化目标,以推动臂受到的压力大小为约束条件,以推动臂的结构尺寸为优化设计参数,建立优化的数学模型。应用Workbench的多目标驱动优化工具结合多目标遗传算法的理论对推动臂的结构尺寸进行优化设计。结果 通过优化分析,结果表明,优化后模型的等效应力极大值减少了23.08%,结构总质量减少了7.42%。结论 通过对不同结构尺寸在其约束条件下的研究分析,达到了最优结构尺寸下推动臂工作性能和力学性能更优、部件总质量更小的目的,为以后粘箱机的结构优化设计提供了思路和参考。     

2-RPU/UPR并联机构的自由度与工作空间分析

目的 针对目前快递行业需要对大量物品进行分拣、包装,需耗费大量的劳动力,提出一种2-RPU/UPR并联机构进行运动学分析,得到其自由度和工作空间,考虑是否可以取代人工操作。方法 首先利用SolidWorks软件对2-RPU/UPR并联机构进行三维建模,然后利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着通过运动链参数D-H表示法和欧拉角表示结合求解位置反解;最后,借助Matlab软件求出其工作空间,并改变动定平台半径比,分析工作空间变化情况。结果 2-RPU/UPR并联机构的工作空间范围比较广,形状规则,呈对称分布,动定平台半径比增大,工作空间也会随之增大。结论 2-RPU/UPR并联机构具有xy等2个转动方向和1个移动方向z,通过添加对应的控制程序,可以代替人工进行分拣、包装工作。     

RPR/RRPR球面并联机构的建模与工作空间分析

目的提出一种RPR/RRPR球面并联机构,用于球面外包装的喷绘和雕刻。方法对RPR/RRPR球面并联机构进行数学模型的建立,分析机构的正运动学和逆运动学解。根据运动学分析,使用Matlab和SolidWorks软件分别绘制机构2支链支撑杆在不同夹角下机构参考点的可达工作空间,并分析可达工作空间的变化规律。结果 RPR/RRPR球面并联机构在一个对称的可达空间内,可达工作空间的面积随2支链支撑杆的夹角的增大而增大。结论 RPR/RRPR球面并联机构用于球面外包装的喷绘与雕刻,结构简单且运动性能良好,具有较大的工作空间,可以提高球面外包装喷绘和雕刻工序的效率。     

基于同向滑杆支链并联机构的工作空间分析

目的 快递行业每天都需要耗费人工对中型件进行分拣、包装,而中型件需要并联机构有更大的工作空间,相较于旋转驱动,直线型驱动并联机构的工作空间更大,针对上述问题提出一种同向滑杆支链的3-PUPU并联机构.方法 以同向滑杆支链的3-PUPU并联机构为研究对象,首先根据并联机构的几何关系和运动学模型,利用矢量法建立并联机构的运动学求解方程;其次,对影响及约束同向滑杆支链的3-PUPU并联机构工作空间的运动副及运动支链约束条件进行分析;最后,采用三维边界搜索法通过并联机构的运动学方程对同向滑杆支链的3-PUPU并联机构的工作空间进行分析,并以工作空间的体积为目标,研究并联机构的万向铰运动转角及同向滑杆支链对工作空间的影响.结果 研究表明,该并联机构的工作空间具有对称性、内部无明显空洞、截面形状规整;同时,运动副约束与工作空间体积的影响曲线表明同向滑杆支链的移动距离对工作空间的体积影响最大.结论 通过添加可控程序以更大的工作空间来实现同向滑杆支链的3-PUPU并联机构对中型件分拣、包装,为该机构后续的理论研究和实际应用提供了可靠依据.     

空间非对称全柔性三平移并联机器人机构性能分析

运用型综合单开链理论对新型非对称全柔性机器人机构的型进行了分析综合,并通过ADAMS软件进行了运动输出类型的验证;对该机构的运动学的位置正解进行了理论分析,得出机构运动的位置正解方程,对理论分析的结果也进行了仿真模拟;型综合与仿真结果证明机器人机构仅能实现三维的平动;位置正解理论分析与运动学仿真结果显示机构具有良好的运动解耦特性.为全柔性并联机器人机构的运动控制的易操作性打下坚实的理论基础.     

新型碟式太阳能跟踪平台设计和姿态工作空间分析

传统的碟式太阳能热发电系统采用回转支承和螺旋升降机来实现太阳方位角和高度角的跟踪,不足之处在于无法自动调整聚光器镜面单元的位姿以应对外界扰动。采用并联机构来实现太阳跟踪,不仅具有刚度高、跟踪误差小等内在优势,还可以自动调整聚光器镜面单元位姿。若采用传统球铰,由于其物理限制,跟踪机构的偏转能力不能精确满足太阳跟踪角度范围大的技术要求。针对上述问题,采用新型被动球铰,设计了一种基于3-RPS并联机构的新型碟式太阳能跟踪平台,并计算了其跟踪角度的范围;同时,通过建立通用3-RPS并联机构的逆运动学方程,结合球坐标搜索法计算了3-RPS并联跟踪机构的姿态工作空间,并结合结构参数对其姿态工作空间的影响规律,确定了各结构参数的最优值。结果表明：当新型碟式太阳能跟踪平台选用新型被动球铰,动、定平台形状为等腰三角形,转动副轴线共面且呈三角形布置,动、定平台的半径比为2以及支链长度为动平台半径的2倍时,其结构符合设计要求且调整后的姿态工作空间满足太阳跟踪所需的角度范围。研究结果可为后续的太阳跟踪平台结构设计和参数优化提供参考。     

Multi-objective optimization of stiffness and workspace for a parallel kinematic machine

This paper presents optimizations of a parallel kinematic manipulator used for a machine tool in terms of its workspace and stiffness. The system stiffness and workspace of the parallel manipulator are conducted in the paper. In order to locate the maximum system stiffness and workspace, single and multi-objective optimizations are performed in terms of rotation angles in x and y axes and translation displacement in z axis with genetic algorithms. By optimizing the design variables including geometric dimensions of the manipulator, the system stiffness and workspace of the proposed parallel kinematic manipulator has been greatly improved.     

Dynamic analysis of 6-SPS parallel mechanism

This paper presents the kinematics and inverse dynamic analysis of a 6-SPS parallel mechanism based on the principle of Kane. The parameters of orientation and Euler angles of the moving platform are adopted as generalized coordinate. The gravity and inertial forces of all links and moving platform are considered in the mathematical model of inverse dynamics. Both kinematics and inverse dynamics equations are derived. Driving forces–time relation is derived form inverse dynamics model. The approach is verified by simulation results, which are consistent with the planned trajectory and kinematics parameters.     

Kinematic and dynamic analysis of a 3-DOF parallel mechanism

International Journal of Mechanics and Materials in Design - This paper presents a three Degrees of Freedom (DOFs) parallel manipulator with no rotational capacity. Planar kinematic pairs (revolute...     

Optimization of a planar tendon-driven parallel manipulator for a maximal dextrous workspace

In this article, new methodologies for determining the tension distribution and optimal configurations of planar tendon-driven parallel manipulators (TDPMs) are presented. TDPMs are characterized by the use of cables in place of the linear actuators used in most parallel manipulators. Three separate, but inter-related topics are examined in this article, and methodologies for addressing them are proposed. The first is the determination of cable forces for overconstrained tendon-driven manipulators, which is necessary in order to address the second topic, namely, the development of a methodology for workspace determination of tendon-driven manipulators. The final topic examined is the dimensional synthesis of tendon-driven manipulators for a large dextrous workspace. The numerical methodologies developed here have potential for easy application to more complex spatial cases.     

新型3-RRC并联机器人机构精度分析

 根据三平移并联机器人机构运动学位置反解,利用微分理论建立了该并联机器人机构的精度模型。通过计算机仿真,分析了主动副的转动误差、结构参数误差和位姿变化对机器人机构精度的影响,为该机器人机构实际误差补偿与控制提供理论依据。     

I4R并联机器人机构的位置解析和奇异性分析

分析了I4R并联机器人机构的结构组成特点,根据其支链的杆长约束建立了机器人机构的运动参数方程,并推导出封闭形式的位置逆解和正解.其次,基于支链和动平台的力平衡关系得到了机器人机构的力雅克比矩阵,并采用线几何方法对机器人机构的位形奇异性进行了分析,提出了机器人机构支链奇异、平台奇异和主动副运动奇异的判别条件.最后,列举了机器人机构发生支链奇异、动平台奇异和主动副运动奇异的位形示例.研究结果有助于14R机构的参数设计、路径规划及运动控制.     

一种含间隙解耦并联机构动力学分析与混沌现象辨识

以自主提出的一种两转动解耦并联机构为研究对象,阐述机构结构组成,并针对其运动副存在间隙状况,建立含间隙机构动力学模型;基于ADAMS软件进行动力学仿真,并分析在有无运动副间隙、不同间隙和驱动速度下,机构位移、速度、加速度以及运动副接触力的变化;借助Poincare截面映射法对解耦并联机构动力学行为中的混沌现象予以辨识,绘制Poincare映射图,揭示间隙对机构动力学特性的影响。研究结果表明含间隙解耦并联机构存在混沌运动现象,对其更进一步的非线性动力学研究有一定指导意义。     

Design and singularity analysis of a novel 3-UPU translational parallel mechanism

基于Tsai提出的3-UPU并联机构原型,设计了一种改进的新型3-UPU并联机构,并对其进行了约束奇异分析,从而提供了一种可以改善3-UPU机构奇异特性,使其尽量远离约束奇异的机构设计方法.首先,分析了3-UPU并联机构的末端约束螺旋系,并将约束螺旋矩阵的条件数作为机构发生约束奇异的衡量指标,从而量化了机构接近约束奇异位形的程度.当条件数无穷大时,约束矩阵严重病态,而此时所讨论的机构就发生约束奇异.然后,基于得到的约束图谱,选择最小值作为机构优化设计的目标,即:使机构的约束条件数保持在最小值附近.最后,分析讨论了改进型机构的奇异问题,结果表明,改进型3-UPU机构不容易发生奇异.