平面2自由度并联平动机器人理论工作空间分析

以一种平面2自由度并联平动机器人为研究对象,对该机器人机构尺寸进行量纲一化,建立反映机构几何参数变化范围的设计空间模型;分别讨论该机器人机构理论工作空间的形状及大小与尺寸参数之间的关系,并绘制工作空间面积与尺寸关系的性能图谱,该图谱是该机器人机构设计的重要参考依据.     

双冗余驱动并联机床工作空间的扩大与规整

以一种附加双冗余驱动的三自由度并联机床为研究对象,建立其位置反解方程,求得速度雅克比矩阵。讨论影响工作空间大小和形状的约束条件,利用极限边界搜索法得到冗余驱动在不同位置时的工作空间,并分析了不同截面上的工作空间边界。仿真结果表明:与具有一个冗余驱动的机床相比,该并联机床工作空间的顶部和底部得到了扩大和填充,更加规整,能够满足对大型工件加工的要求。研究结果对该机床的实际应用具有一定的参考意义。     

4 RRR冗余并联机构工作空间的SimMechanics求解

由于传统的工作空间分析方法局限于理论计算,而工作空间分析是机构设计及运动控制的基础,故采用了SimMechanics建立4-RRR冗余并联机构三维仿真实体运动学模型,对工作空间进行仿真研究;利用数值实例以驱动杆和从动杆的影响因子λ为条件采用运动仿真法编程得出了该机构的工作空间。结果表明:该机构的工作空间具有对称性且内部无空洞;当λ逐渐增大时,该机构的工作空间逐渐增大,当λ0.6时边界处的空洞增加,机构在边界的奇异位置点增多。与3-RRR并联机构的工作空间对比,机构的可达工作空间明显增大,这表明引入冗余是一种有效解决3-RRR并联机构的奇异位形多,增大其工作空间的方法。     

一种平面二自由度并联机构工作空间分析

针对一种平面二自由度并联机构进行运动学分析,研究机构两类奇异位形的出现条件及奇异姿态,并全面讨论了机构两种运动学反解模型下存在的各种理论工作空间的形状及内接矩形面积的计算公式.通过一种量纲一化的参数模型,将机构运动学参数的无限设计空间转化为一个有限的设计面域,并绘制了最大矩形工作空间的性能图谱.利用该图谱,有效指导了机...     

三平动冗余驱动并联机床工作空间与运动学分析

以三平动非对称冗余驱动(3-2SPS)并联机床机构为研究对象,并对该机构进行工作空间和运动学分析。建立该机构的位置反解模型,并得到带约束条件的位置反解运动方程,利用边界数值搜索法,确定并联机构的工作空间。采用Matlab曲线拟合[1]确定杆长变化与动平台运动位姿关系方程,以此分析冗余驱动滑块位于不同位置状态下,每个杆长的速度、加速度。研究结果为3-2SPS非对称冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。     

空间三自由度冗余驱动并联机构的加速度性能指标分析

在建立空间三自由度冗余驱动并联机构Hessian矩阵的基础上,研究空间三自由度冗余驱动并联机构的加速度全域性能指标。在预设工作空间内,绘制加速度全域性能指标图谱。通过观察图谱,分析加速度全域性能指标随并联机构尺寸参数变化的分布规律。结果表明:ηa的最大值为0.803 7,即加速度性能指标最优,对应的结构参数为l_1=3.0 m,l_2=4.0 m,l_3=0.5 m,l_4=3.0 m;加速度性能指标好的空间三自由度冗余驱动并联机构组型主要集中在2.5 m≤l_1≤3.0 m,3.5 m≤l_2≤4.0 m,0.5 m≤l_3≤1.0 m,2.5 m≤l_4≤3.0 m的区域。     

3-UPU冗余驱动并联机构的冗余支链优选及仿真

由于当前3-UPU冗余驱动并联机构存在奇异缺陷,造成冗余支链选择方法可靠性低、刚度分布不均.提出一种新的3-UPU冗余驱动并联机构冗余支链优选方法.设计了3-UPU冗余驱动并联机构和自由度要求.将运动平台位姿参数看作变量,求出3-UPU冗余驱动并联机构的力矩阵和力矩矩阵.获取3-UPU冗余驱动并联机构输入,通过位置方程求出驱动螺旋参数和非冗余支链的驱动螺旋,提升可靠性.计算冗余驱动螺旋的参数,获取条件数机构的相关信息,确定刚度矩阵的力矩阵和力矩矩阵,利用灵巧度与刚度获取条件数和刚度最佳的冗余支链,解决刚度分布不均的问题.实验结果表明:所提方法可靠性高、刚度分布均匀.     

基于影响系数法的冗余驱动并联机器人速度分析

以平面二自由度冗余驱动并联机器人为研究对象,分别进行了逆运动学分析和正运动学分析,得出并联机器人的8种逆运动学解析解.运用影响系数法建立了系统的一阶影响系数矩阵,并设定了速度性能指标.对应8种不同的机构位形,绘制了相应的速度性能图谱,探讨了不同的机构安装方式对机构速度性能的影响,指出了较优的机构安装方式,为今后研究、设计和安装该类型并联机器人提供了依据.     

基于RecurDyn的4-RPC冗余驱动并联机构的运动学求解

针对4-RPC冗余驱动并联机构进行了结构分析和运动学分析.运用齐次坐标变换公式推导出其运动学逆解,进而求出动平台质心按给定轨迹运动的各支链的运动规律.将在Pro/E中建立的4-RPC冗余驱动并联机构的模型导入RecurDyn中.然后,把由各支链运动规律生成的AKISPL驱动函数添加到该机构模型中,进行运动学仿真.测量出其位移和速度随时间变化曲线.最后,在Recur-Dyn中对动平台质心施加笛卡尔驱动(CMotion)进行仿真测定其位移和速度随时间变化曲线进行验证.结果表明,该机构运动学性能良好.     

三自由度驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究

以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并绘制了刚度性能图谱。这些图谱将有助于该机器人机构的优化设计。     

冗余驱动并联机构受力特性的控制方法研究

针对冗余驱动并联机构的驱动力优化,提出冗余驱动并联机构的位移协调模型,该模型考虑了各驱动臂的弹性变形和执行机构的位移。研究全位置控制、混合位置/力控制和全力控制3种控制方法在冗余驱动并联机构的力学特性,分析每种控制方法中驱动力/力矩、作动器位移、外载荷和驱动臂刚度之间的相关性,揭示了不同控制方法下输入位移和驱动臂刚度对力分布的影响规律。最后通过冗余驱动并联机构的实验平台,对3种控制方法进行了验证,并探讨了3种控制方法在不同工况下的应用。     

不同冗余滑动方式对并联机床工作空间的影响

以三平动非对称(3-2SPS)并联机床为研究对象,着重研究冗余直线滑动和冗余圆弧滑动两种冗余滑块对机床工作空间的影响。对机床建立坐标系,确定两种滑动方式中冗余滑块的位置坐标,在同一坐标系下建立两种不同冗余滑动方式并联机床的位置反解模型,得到机构的反解运动方程,设置机床运动的约束条件,利用MATLAB软件对两种冗余滑动方式下并联机床的工作空间进行仿真,比较分析两种冗余滑动方式对机床工作空间的影响。     

平面2自由度平动并联机器人的性能分析

以一种平面2自由度平动并联机器人为研究对象,对该机器人机构尺寸进行量纲一化,建立了反映机构几何参数变化范围的设计空间模型。探讨了该机器人的雅克比矩阵条件数、承载能力及刚度全域性能指标与机构杆件尺寸之间的关系,并在空间模型内绘制相应的性能图谱,这些图谱是该机器人机构设计的重要参考依据。     

3-(2SPS)并联机构的工作空间分析及结构参数对其影响分析

以3-(2SPS)并联机构为对象,对其进行运动学分析并给出了该机构的正反解和速度雅可比矩阵.采用一维边界搜索法获得机构的工作空间,并以空间体积的大小作为目标,对3-(2SPS)机构的相关尺寸参数对工作空间大小的影响情况进行分析,可为类似的并联机构的结构设计提供参考.     

3-UPU冗余驱动并联机构采矿中的伴随运动消除

3-UPU并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰.提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-UPU并联机构采矿中的干扰.对3-UPU并联机构存在的非期望转动问题进行强度评估,根据评估结果限制螺旋和伴随转动间的互易积非零,限制螺旋对伴随转动进行做功.得到伴随转动自由度运动的范数描述,依据范数检测误差限制对非期望转动的干扰幅度,通过添加冗余驱动支链的方法,消除并联机构采矿中的伴随运动.实验结果表明:采用所提伴随运动消除方法时的并联机构工作空间满足采矿升沉幅值以及位移的要求.     

8-SPU并联机器人工作空间分析及参数优化

并联机器人工作空间是评价并联机构工作能力的重要指标,而结构参数是影响工作空间的基本因素。通过圆弧相交法求定姿态的工作空间,得到其截面形状,利用梯形积分法计算出工作空间体积。以工作空间体积为目标函数,通过遗传算法对机构的结构参数进行优化,获得了性能优良的结构参数。利用MATLAB软件编程得到了该并联机构的工作空间图,可以更直观观察工作空间的变化,为该并联机构性能的进一步研究和推广应用奠定了基础。     

电液混合全冗余并联机构驱动优化

基于冗余并联机构主动输入约束螺旋线性相关性的分析,以Stewart平台机构为原型,构造12-UPS全冗余驱动并联机构。通过比较电动驱动和液压驱动的不同,确定机构适宜采用电动液压混合驱动形式。应用影响系数法建立该机构的动力学模型。为区分处理电动缸和液压缸,以零内力为约束条件对驱动力进行优化。分别以驱动力平方和最小和驱动功率平方和最小为目标,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程。数值算例表明:零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳。该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的全冗余并联机构。     

4-RRR冗余并联机构混合驱动与能耗优化

为实现3D打印机对曲面的精细化打印,对3D打印机的喷头结构的快速响应和精确控制提出了更高的要求,为此设计了一种可以实现姿态控制的平面4-RRR冗余并联机构。根据机构的特点,在运动学基础上,利用虚功原理建立该机构的动力学模型,然后以混合驱动方式并借助最小二范数法实现机构等效广义力到轴向驱动力的优化。在此基础上,对驱动力二范数和最小驱动总功率进行优化,分别得到角速度、驱动力与驱动功率变化曲线。结果表明:该机构驱动力二范数解和最小驱动总功率解的差异略小,其驱动电机做功减少了1.17%。结合驱动力二范数、最小驱动总功率的优化结果,选取混合驱动的驱动方式,可以实现冗余并联机构驱动器瞬时驱动力与瞬时驱动功率的均衡,并降低机构运动过程中的功耗,实现3D打印机喷头机构的快速响应。     

电液混合全冗余并联机构驱动优化

基于冗余并联机构主动输入约束螺旋线性相关性的分析,以Stewart平台机构为原型,构造12-UPS全冗余驱动并联机构。通过比较电动驱动和液压驱动的不同,确定机构适宜采用电动液压混合驱动形式。应用影响系数法建立该机构的动力学模型。为区分处理电动缸和液压缸,以零内力为约束条件对驱动力进行优化。分别以驱动力平方和最小和驱动功率平方和最小为目标,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程。数值算例表明,零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳。该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的全冗余并联机构。     

平面2-DOF过驱动并联机构控制系统设计

并联机构运动学控制器忽略了复杂的非线性动力学关系,因此控制器的实际性能往往有限。为此,以提高并联机器人的操作精度为目标,针对2-DOF并联机构,通过建立机构的动力学数学模型及刚度矩阵,设计了计算力矩控制器。基于计算力矩控制器的模型由于考虑了非线性补偿而极大地提高了其控制品质。通过实验将设计的控制器应用到2-DOF并联机构,仿真和实验结果验证了算法的有效性和正确性。