Delta型3D打印机多能域系统动力学全解建模与实验

对Delta型3D打印机多能域机、电耦合系统展开了动力学建模研究。利用旋量键合图在并联机器人动力学建模上的优势,构建了该打印机机械本体子系统的动力学模型,并结合传统键合图建立驱动子系统的动力学模型,获得打印机系统机、电耦合的全局动力学模型。对于给定的动平台运动轨迹,对比Adams数值仿真、Matlab理论计算以及实验实测驱动力结果,证明了该机构多能域系统动力学全解模型的正确性。该成果为后续动力学参数辨识以及动力学控制研究奠定基础,也为其他机械系统动力学建模提供了新思路。     

杯——杆型复合挤压过程的上限元模拟

本文阐述了利用上限单元技术（UBET）模拟金属流动规律的原理及方法。补充推证了上限单元的基本方程,并按总上限功率最小原则模拟了不同变形程度和不同锥角下的复合挤压的变形力及金属流动的变化规律。给出了一般杯——杆复合挤压的变形模式和计算两端金属流出量的近似公式。本文进行了实验验证,理论结果与实测结果基本一致。     

多能域过约束并联机器人系统动力学建模方法*

采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型,该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化,能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程,但由于被动过约束(公共约束和冗余约束)和主动过约束(冗余驱动)的存在,共有43个未知量需要求解。为此,针对被动过约束问题,分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;针对主动过约束问题,提出了采用输入力优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的多能域系统动力学全解模型。通过数值算例,验证了该方法的可行性和合理性。该方法可以推广到其他包含机、电、液、气的多能域过约束并联机器人系统,为该类多能域机器人系统动力学建模分析提供了一种新的思路。     

冗余驱动4-PRP+3-UPS&PU混联机床动力学模型

应用拉格朗日法对新型6自由度冗余驱动混联机床进行动力学建模。首先,对4-PRP+3-UPSPU机床构型进行分析,建立机床坐标系;然后,求解出该冗余驱动混联机床系统的动能、势能和作用于该混联机构非保守力的等效广义力,利用拉格朗日方程建立4-PRP+3-UPSPU冗余驱动混联机床的动力学模型,为该混联机构驱动力的求解及机构的动力学分析奠定基础;最后结合数值算例,用MATLAB软件对动力学模型进行数值计算并绘制出各驱动杆驱动力的变化曲线,将理论分析结果与ADAMS仿真结果进行比较,验证了该动力学模型的正确性及可行性。     

混联支路并联机器人动力学建模方法

混联支路并联机器人具有独立运动输出、高刚度、控制解耦等优点,但支路中闭环结构的存在也增加了运动学分析和动力学分析的难度.基于此,通过将支链与动平台完全断开以及将混联支路完全退化为串联支路或树状支路,提出基于虚功原理和等价树状结构的混联支路并联机器人动力学建模方法,推导出封闭形式的混联支路并联机器人逆动力学和正动力学模型,动力学模型的维数等于机器人的自由度数.利用最小惯性参数和递推牛顿-欧拉法可以减少支路逆动力学模型的计算时间,应用该方法对两种混联支路并联机器人(2-P(Pa)R-1-PUU和3-PU*)进行运动学分析和动力学分析,该方法适用于各类混联支路并联机器人,可以指导混联支路并联机器人的结构参数设计和驱动器选配,并可用于机器人的实时动力学控制.     

一种新型五自由度混联机器人动力学建模与性能评价

研究一种新型五自由度混联机器人动力学建模和性能评价方法。该混联机器人的主机构为由一条串接一转动副的1T1R(T：平动,R：转动)平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成的1T2R三自由度并联机构。建立该机器人位置逆解、速度、加速度及其动力学模型,并通过Solidworks motion验证动力学模型的正确性。在此基础上,计及末端转头加减速运动对并联机构驱动关节驱动力的影响,并考虑到此类机构切向和法向运动的差异,基于矩阵奇异值理论分别提出该机器人并联机构切向和法向加减速特性评价指标,揭示关键尺度和结构参数对加减速特性影响规律,为机器人的集成优化设计提供参考依据。最后,通过比对分析验证所提出的新型五自由度混联机器人具有与著名Tricept机器人和Trimule机器人相似的加减速特性。     

新型六自由度冗余混联机床运动学模型

提出了一种以新型三自由度冗余驱动并联机构4-PRP作为定位模块,串联上三自由度并联机构3-UPSPU来共同实现六自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论分析了该机床实现3T3R运动原理,计算出该机构的自由度。然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,运用影响系数法建立了一阶运动影响系数矩阵—Jacobian矩阵和二阶影响系数矩阵—Hessian矩阵,建立了完整的运动学模型。最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了运动学模型的正确性及机构的可行性。     

新型中医推拿混联机器人按摩“力度”模型

中医推拿手法的＂力度＂是影响治疗效果的重要指标,文章针对一种基于并联机构的中医推拿机器人,利用运动影响系数及凯恩方程建立了该机器人的按摩＂力度＂模型,为该机器人的实际应用提供理论依据。     

新型超冗余驱动混联机器人设计分析与性能优化

提出了一种新型五自由度超冗余驱动混联加工机器人,并对该机器人的关键结构进行了设计分析与性能优化。基于螺旋理论对该机器人自由度进行了分析,研究了机器人的拓扑构型特征并进行了结构设计,结合局域指标与全域指标分析了机器人运动/力传递性能,基于性能图谱与无量纲化结构参数对机器人传递性能进行了优化,获取了机构的最优结构尺度与最优传递性能分布,研究了最优结构尺度下机器人的全部优质姿态空间,并考虑关节运动限制与机构运动干涉条件,分析了机构的姿态空间。研究成果对于五轴混联机器人的研究与应用,具有重要的借鉴意义。     

新型3T2R冗余驱动混联机构动力学分析

以一种新型3T2R冗余驱动混联机构为研究对象,采用Lagrange方程法建立了基于工作空间的动力学模型。首先,基于影响系数法建立机构动平台输出速度与各构件运动速度的映射矩阵;然后,基于各构件的速度和位置确定系统的Lagrange方程,完成动力学建模;随后,借助最小2范数法实现机构工作空间的非约束等效广义力到轴向驱动力的优化;最后,基于动力学模型分析机构驱动冗余与非冗余对机构性能的影响。得出冗余驱动时驱动力峰值可降低约44%,且驱动性能显著改善。     

一种6自由度混联机器人静刚度分析

针对焊接、切割、打磨、抛光等轻型加工需求,提出一种由面对称3-UPU并联机构及3自由度转头组成的6自由度混联机器人,侧重研究其中并联机构刚度的半解析建模与全域快速预估问题。从分析系统的力旋量系和变形协调条件入手,构造出计及所有支链构件及铰链弹性贡献的半解析静刚度模型。通过算例揭示整机静刚度在任务空间中随位形的变化规律,并借助ANSYS有限元分析软件在典型位形验证了所建模型的正确性。     

键合图法机器人机构动态仿真

给出了机器人机构动态仿真的键合图法,推导出了机器人系统状态方程的统一表达式。通过将运动副约束反力视为示未知势源加在系统键合图模型相应的０－结处,克服了微分因晨关系给系统状态方程的建立所带来的巨大的代数困难。结合具体实体给出了机器人机构系统键合图模型的建立方法,说明本方法的通用性及实用性。     

新型驱动冗余并联机构动力学建模及简化分析

动力学模型是进行动力学特性分析的基础,同时也是实现机构高精度时实控制的前提。以一种新型驱动冗余并联机构为研究对象,采用Lagrange方程法建立了基于工作空间的动力学模型,并借助最小2范数法实现机构工作空间的非约束等效广义力到轴向驱动力的优化。由于机构动力学方程存在非线性和强耦合特性,计算量大,难以满足实时控制要求,为此,通过对机构各主要构件所引入的驱动力的分析,提出基于RBF神经网络误差补偿的动力学模型简化方案。仿真结果验证了所建模型的正确性和模型简化方法的有效性。     

Exechon混联机器人的三自由度并联机构模块位置分析

以一种组成五自由度混联机器人Exechon的三自由度并联机构模块2-UPRSPR为研究对象,利用解析法对其位置正/逆解进行分析。针对位置正解,得到了只含一个未知量的24阶多项式方程,给出了该机构位置正解的所有可能解的解析表达式,对于位置逆解,得到了其显式表达。算例表明,由正解方程得到的8个实数解对应4组镜像位形,逆解方程存在2个实数解,对应2种位形,从而得到该机构位置正/逆解的全部解析解。     

基于螺旋理论四、五自由度并联机器人构型设计新方法

利用螺旋理论,提出用约束添加法对四、五自由度并联机构进行构型设计,讨论了型综合步骤,其宗旨是让主动链控制所需的自由度,而从动链约束不需要的自由度,最后通过实例进一步阐明这一方法。     

一种四轮驱动全方向移动机器人的动力学建模

研究了一种基于双轮驱动座结构的全方向移动机器人动力学建模问题.首先根据机器人的结构特征研究了单个双轮驱动座的正运动学和反运动学问题,在此基础上推导出了双轮驱动座的正反向动力学方程,最后,根据双轮驱动座的运动学和动力学方程,建立了四轮驱动全方向移动机器人的运动学和动力学模型,并对模型的特点进行了分析.     

混合机构式机器人的动力学建模及参数优化

建立了一种混合机构式机器人的动力学模型 ,并研究了其运动学性能。基于动力学参数对其运行速度有较大的影响 ,采用改进遗传算法对动力学参数进行了优化 ,得到了动力学参数的最优解 ,为机构设计和系统控制提供了理论依据。     

单自由度关节型机器人机械负载动力学模拟实验平台设计

采用2台直流电机直接同轴相连的方式,建立关节型机器人单自由度机械负载动力学模拟装置,并对此装置进行了介绍.运用基于速度跟踪的控制算法对负载电机实施控制,与基于机械负载逆动力学模型的控制算法相比,能使模拟效果得到提高.最后给出了Simulink下的仿真结果,仿真结果证明了该设计的可行性和有效性.     

考虑工作空间与力传递效率的新型五自由度混联机器人设计与分析

提出了一款构型为R(2RPR)R/SP+RR的新型五自由度混联机器人,对其性能进行分析,并依据工作空间与力传递效率性能指标进行尺寸优化,获得了关键设计尺寸;在此基础上,进行混联机器人本体结构设计与刚度分析,并与其他同类典型机器人刚度进行了对比;最后分析了混联机器人工作空间,提出一种工作空间搜索方法,分析了机器人在不同布局情况下工作空间是否满足预期。