并联六坐标测量机的误差模型和误差补偿

为了探讨并联坐标测量机的机构原始误差和测量过程误差引起测量结果的偏差,在并联六坐标测量机的位置分析基础上,依据矩阵全微分理论,提出了机构原始误差与测头的位置和姿态误差模型。研究了机构参数误差变化对测头的位置和姿态误差的影响,明确了减小测头误差的主要途径是提高测量机零部件的机械加工和装配精确度,严格控制角度误差,给出了在机构参数存在误差的情况下,采用误差直接补偿法修正测头位置和姿态的方法,仿真验证表明,采用软件误差直接补偿法,可以明显提高测量准确度。     

一种冗余约束对并联机构精度影响的研究

为深入研究动平台中心点误差范围,以一种少自由度3-RPS／UPS冗余并联机构为研究对象,提出了一种改进的铰链间隙误差分析方法,分析了此并联机构球铰间隙对动平台中心点的影响,在此基础上提出了一种改进的误差分析方法,并对具有相同结构参数的3一RPS非冗余并联机构和具有冗余支链的3一RPS／UPS并联机构进行误差分析及计算,结果表明,冗余并联机构的误差空间在各方向上都比非冗余并联机构小,故冗余约束可减小误差,提高并联机构精度。     

基于区间分析的一类三转动自由度并联机构的精度设计(邀请论文)

面向大型结构件调姿、天线跟踪及快速定位等应用需求,研究三转动自由度并联机构3-PSUS的精度设计方法.首先,利用螺旋理论建立该机构的误差映射模型,并将影响机构末端姿态精度的几何误差分离为可补偿误差与不可补偿误差2类.其次,借助区间分析理论,提出不可补偿误差的灵敏度指标,并通过全域灵敏度分析揭示各项不可补偿误差对机构末端姿态精度的影响规律.然后,以灵敏度指标值为分配权重,建立各项不可补偿误差的优化分配模型,在给定精度约束下,借助遗传算法将难以实现的不可补偿误差的公差值松弛至最大可行区间.最后,通过蒙特卡洛仿真验证了所提出精度设计方法的有效性.     

少自由度变胞并联机构综合设计方法

为实现可重组并联机构的创新设计,提出基于基本支链构型的变胞并联机构设计方法.该方法从少自由度并联机构动平台所受的约束出发,运用螺旋理论中相逆螺旋的性质,构造约束螺旋为力或力偶的两类基本支链,并根据基本支链构型的特点构造变胞支链,实现并联机构的变胞设计.对构型相似的线矢力和力偶基本支链进行融合得到变胞支链,通过锁住不同运动副的方式实现变胞支链在两类基本支链之间转化,构造出动平台约束性质可变的变胞并联机构;根据基本支链约束螺旋的方向特点,通过改变运动副轴线方向的方式实现支链约束螺旋方向的改变,进而构造出动平台约束方向可变的变胞并联机构.用所提出的变胞并联机构设计方法,结合Bricard机构的单自由度运动特性,实现动平台为Bricard机构的变胞并联机构的构造.基于基本支链构型进行变胞并联机构构型设计,根据动平台的约束对变胞支链进行组合和变型,实现变胞并联机构的综合,为机构创新设计奠定基础.     

Error modeling,sensitivity analysis and assembly process of a class of 3-DOF parallel kinematic machines with parallelogram struts

This paper presents an error modeling methodology that enables the tolerance design, assembly and kinematic calibration of a class of 3-DOF parallel kinematic machines with parallelogram struts to be integrated into a unified framework. The error mapping function is formulated to identify the source errors affecting the uncompensable pose error. The sensitivity analysis in the sense of statistics is also carried out to investigate the influences of source errors on the pose accuracy. An assembly process that can effectively minimize the uncompensable pose error is proposed as one of the results of this investigation.     

基于平行机构约束链的三轴联动平台误差分析与建模

并联机器人中的约束链处于从动地位,由约束链产生的误差很难消除,直接影响到整个机构的运动精度,研究约束链误差对并联机器人整体误差的影响具有重要意义。以设计的三轴联动平台为例,分析了具有平行机构约束链的机构误差问题,建立了平行机构约束链误差数学模型。通过实例分析可以看到,具有平行机构的约束链转角误差和杆长对终端误差影响较大,误差是随交角变化的函数,由此可以找到误差最小的姿态。     

Dynamic modeling and analysis of 3-RRS parallel manipulator with flexible links

The dynamic modeling and solution of the 3-(R)RS spatial parallel manipulators with flexible links were investigated. Firstly, a new model of spatial flexible beam element was proposed, and the dynamic equations of elements and branches of the parallel manipulator were derived. Secondly, according to the kinematic coupling relationship between the moving platform and flexible links, the kinematic constraints of the flexible parallel manipulator were proposed. Thirdly, using the kinematic constraint equations and dynamic model of the moving platform, the overall system dynamic equations of the parallel manipulator were obtained by assembling the dynamic equations of branches. Furthermore, a few commonly used effective solutions of second-order differential equation system with variable coefficients were discussed. Newmark numerical method was used to solve the dynamic equations of the flexible parallel manipulator. Finally, the dynamic responses of the moving platform and driving torques of the 3-RRS parallel mechanism with flexible links were analyzed through numerical simulation. The results provide important information for analysis of dynamic performance, dynamics optimization design, dynamic simulation and control of the 3-RRS flexible parallel manipulator.     

Delta并联机械手几何误差建模及灵敏度分析

以一类含平行四边形支链的Delta并联机械手为对象,利用空间矢量链分析方法,构造出机构末端位置和姿态误差与几何误差之间的映射关系,明确揭示出影响机构末端不可补偿误差的几何误差源,并借助灵敏度分析定量揭示几何误差对末端位姿误差的影响.研究成果对指导同类装备的设计与制造具有普遍的意义.     

含球面副间隙的空间并联机构动态特性

为了分析含球面副间隙的5-PSS/UPU并联机构的动态特性,建立含多个球面副间隙的空间并联机构的刚体动力学模型. 基于“接触-分离”二状态模型建立含球面副间隙的运动学模型;基于改进的接触模型和修正的Coulomb摩擦模型建立运动副元素之间的法向与切向接触力模型,进一步将接触力转化到运动副元素对应的部件质心;采用牛顿-欧拉法并结合拉格朗日乘子建立含间隙空间并联机构的动力学模型,利用数值仿真分析其动态特性,计算得到间隙分别为0.05、0.10、0.20、0.40 mm时的动平台角加速度均方根误差（RMSE）指标,分别为40.046、65.385、98.489、145.715 rad/s². 结果表明,在存在多个球面副间隙的情况下,当间隙增加时,空间并联机构的动态性能严重退化.     

机构结构参数最优公差分析

本文根据矩阵理论,得出机构运动误差最小时,机构的结构参数误差必须等于其矩阵的最小特征值所对应的特征向量,同时给出了机构结构参数的最优公差的选取方法,另外,还导出了机构运动误差的上界。     

对接机构运动模拟器的精度分析

为了探讨对接机构运动模拟器的机构原始误差和对接过程误差引起的位姿偏差,根据对接机构运动模拟器的结构求出运动学方程,依据矩阵全微分理论,建立了机构原始误差与对接机构运动模拟器的位姿误差模型.利用蒙特卡洛方法模拟具有任意概率分布的机构原始误差,抽样计算对接机构运动模拟器的位姿误差,然后对对接机构运动模拟器的位姿精度进行了分析,给出了在其可达工作空间内的概率等高线、概率密度函数和统计数字特征.这些分析结果为对接机构运动模拟器的精度设计、标定和误差补偿提供了方向性的指导.     

复杂曲面切割机构运动及误差分析的旋量方法

针对传统串并联机构分析方法计算烦琐、直观性不强等问题,以复杂曲面切割机为研究对象,在使用旋量方法表示空间刚体运动的基础上,建立了串并联机构的运动学指数积公式的完整表示方法.将4个D-H参数误差等效为误差旋量,建立各关节轴线含有误差旋量的旋量坐标,推导出了含有误差旋量的串并联机构运动学指数积公式,并建立了末端工具坐标系的位姿误差模型.按照上述旋量分析方法,用MATLAB对复杂曲面切割机构进行运动及误差数值计算,并将计算结果与ADAMS仿真结果进行比较.对比结果表明:2组结果的相对误差仅在0.001内,表明了旋量方法在串并联机构分析中应用的正确性.     

数控凸轮轴磨床运动误差分析与建模技术

为了对某数控凸轮轴磨床的运动误差进行分析和建模,分析研究了各运动部件间运动形式和误差类型,运用相邻体坐标系间的运动变化来表达2相邻体之间的运动情况,建立了相邻体之间的理想运动方程和有误差情况下的实际运动方程.将相邻体间的实际运动方程进一步推广到任意低序体阵列分析当中,为研究多分支数控凸轮轴磨床误差建模提供理论基础.将复杂的多分支链数控凸轮轴磨床抽象为简单的多体系统,对各运动部件建立相应的体坐标系和运动参考坐标系,求出相邻体间对应的变换矩阵.最后,将机床运动部件划分为"工件-床身"和"砂轮-床身"2条运动链,提出了有误差影响情况下实现精密加工约束条件方程为P_w=P_t,且对该方程进行了求解,为数控凸轮轴磨床误差补偿的研究提供了必要条件.结果表明:误差补偿后的机床加工精度显著提高.     

Zero-Max型无级变速器连杆机构的误差分析

通过分析Zero-Max型无级变速器连杆机构误差的影响因素,得出输出角误差是各原始误差的线性组合。根据机构运动学理论,对连杆机构传动误差进行分析,把可调六杆机构拆成2个串连的四杆机构,建立了Zero-Max型无级变速器连杆机构的输出角误差方程。     

交叉杆型并联机床误差模型建立与分析

基于交叉杆型并联机床的并联机构特点,利用空间矢量法建立了几何误差的数学模型,由此得出了动平台中心点位姿误差与铰链点位置误差和驱动杆长度误差的关系表达式。并针对BJ-04-02(A)型交叉杆并联机床的初始位置误差进行了计算分析,所得结论对并联机床的性能评价有一定的指导意义。     

5-3型6-SPS并联机构位置分析的正逆解析解

应用基于序单开链的机构结构理论,分析计算出5-3型6-SPS并联机构的耦合度为0,直接通过依次求解各个基本运动链的位置求出了机构位置正解的解析表达式,无需复杂的数学推导;又通过求解位置反解及算例,验证了位置正解的准确性。该方法计算简易、几何意义明确,得到的位置正、逆解析式有利于实时控制及工作空间、误差分析等的理论求解与分析。     

3-PTT并联微操作机器人机构误差分析

通过矢量分析方法,分别讨论了3-TT并联机构和两级3-TT串并联微操作机器人机构的误差建模,研究了关节误差和驱动输入误差与机器人输出误差之间的关系,得到机器人机构的误差模型方程,为微操作机器人的误差补偿提供理论指导.     

基于螺旋理论的3-RRR并联机构设计与仿真

基于螺旋理论分析了一种3-RRR并联机构的自由度和构型.通过分析动平台和各分支机构的约束螺旋系,构造3-RRR串联分支,运用修正Crübler-Kutabath公式计算出其自由度满足3个转动自由度.基于虚拟样机技术建立3-RRR并联机构虚拟仿真模型,进行正向运动学仿真和工作空间分析,从而找到该机构存在的缺陷,为少自由度并联机构运动学和动力学分析提供保证.     

平面机构运动误差分析

本文利用空间机构运动分析法,推导了平面四杆机构由于偏转误差而引起的机构输出位置误差、位移误差以及角速度,角加速度误差的表达式.同时还导出了机构正常运动时各运动副原始误差应满足的条件。     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明：该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。