新型并联机器人ROBO_003的雅可比矩阵研究

运用反螺旋理论对ROBO_003三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究。采用简单的方法找到支链关节螺旋的反螺旋,从而得到了约束雅可比矩阵、驱动雅可比矩阵和完全雅可比矩阵,导出动平台的运动速度到驱动关节速度之间的映射。该方法亦可用于其他三自由度并联机器人的雅可比矩阵研究。     

三类三自由度并联机器人雅可比矩阵的比较研究

根据并联机器人独立运动变量和寄生运动变量的选择,将三自由度空间并联机器人分为三类;然后运用螺旋理论,举例推导出三类三自由度并联机器人的雅可比矩阵,能得到更全面的信息,易于奇异位形分析;对三类三自由度并联机器人求每条支链运动螺旋的反螺旋的方法进行分析比较,这些方法对其它三自由度并联机器人有指导意义。     

油罐清洗机器人雅可比矩阵求解及奇异位形分析

油罐清洗机器人作为一种复杂的串联机器人,其轮式移动机构和水射流机械臂装置形成移动机械手,具有多个运动副,是机器人运动分析和控制的基础。旋量理论能大大简化机构运动的计算模型,并具有明确的几何意义。根据机器人的结构特点,建立简化的移动机械手模型和旋量位形,应用旋量理论和指数积公式建立其速度雅可比矩阵,得到关节速度和末端工具速度的映射关系。根据雅可比矩阵是否满秩判断机器人的奇异位形,给出了机器人边界奇异和内部奇异的判定条件,分析了奇异位形下机器人的运动性质,为机器人进一步设计和控制提供了理论依据。     

一种并联机构雅可比矩阵的通用计算方法

雅可比矩阵是机构学中的一个重要概念,它深刻的反映了机构的本质,其结果不仅提供了一种运动学的映射关系,还为后续的分析和综合提供了依据。介绍了一种基于螺旋理论的并联机构雅可比矩阵的通用计算方法,由于采用构造的方式,避免了以往计算方法中的观察、求导等繁杂的步骤,从而使雅可比矩阵的计算大为简化;同时,由于其模块化、程序化的特点,该方法在计算机辅助设计中具有很大的优势。以3-RPS少自由度并联机构为例,进行了计算分析,该过程验证了方法的优越性,为后续的机构性能分析和设计奠定了良好的基础。     

含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法

雅可比矩阵对并联机器人的速度、精度、刚度等性能分析有重要意义。通常雅可比分析需要计算与驱动关节运动螺旋不互易而与支链其他运动螺旋均互易的力螺旋,分析过程复杂,计算量大。为此,针对一类常见的特殊支链结构,提出正则支链的概念,研究了正则支链的结构特征。分析了转动副和移动副的做功驱动力螺旋,提出含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法,克服了现有方法中计算驱动关节产生的支链约束螺旋的复杂过程。这种方法不必计算支链约束螺旋就能获得并联机器人的部分雅可比矩阵,进而结合支链约束螺旋获得并联机器人的整体雅可比矩阵,实现驱动关节与动平台之间运动和力的双向映射。方法不仅适用于常见的6自由度并联机器人,也适用于具有正则支链的少自由度并联机器人。     

基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。     

含双驱动支链的2UPS-RPU并联机构雅可比矩阵

基于旋量理论和李群李代数方法,以4自由度2UPS-RPU并联机构为例,提出了含串联输入支链的并联机构正运动学雅可比矩阵的一种新的推导方法。首先利用指数积公式建立含串联输入支链的位置正解,得出动平台位姿矩阵,根据动平台位姿矩阵列出第2和第3支链对动平台的约束方程,通过对方程组两边微分,得出第1支链关节速度与主动关节速度的映射关系,然后代入第1支链正运动学速度关系式,得出并联机构的正运动学雅可比矩阵。最后,基于螺旋理论建立了并联机构逆运动学的完整雅可比矩阵。为机构的奇异性分析提供了理论基础。     

新型6自由度3-UrRS并联机器人的奇异位形分析

研究了一种新型6自由度3支链并联机器人的奇异位形,利用机构的运动学反解方程和雅可比矩阵得出了精确的奇异位形的解析形式。从运动学角度分析,奇异位形有3类形式,每种形式都具有不同的物理意义。研究了该并联机器人的第一类和第二类奇异位形,并画出了4种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。     

新型并联机器人的奇异位形分析

奇异是并联机器人的固有性质,对机器人的工作性能有着种种影响,因此对于确定的机构,找出它的所有奇异位形具有重要的意义.从运动学角度分析,奇异位形有三类形式,每种形式都具有不同的物理意义.基于以上原因,研究一种新型6自由度3支链并联机器人3-UrPS的奇异位形,其中Ur为复合胡克铰,即2自由度球面并联机构,P为移动副,S为球副.根据机构自身的几何特点,非常方便地得出反解的唯一解析形式.对机构的反解方程进行求导,得出有规律的速度雅可比矩阵,然后通过求解雅可比矩阵的行列式,使奇异位形的解析形式很容易得出.讨论该并联机器人的第1类和第2类奇异位形,并得出3种特殊位置的奇异位形.奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义.     

基于螺旋理论四自由度机器人分析

非过约束机构对于制造和装配的要求非常低，因此近年来对于非过约束机构的研究已经成为研究的一个热点。H4机构就是一种典型的非过约束混联机构，能实现3TIR运动，可以实现对物体的高速拾取。对于这种机构的研究传统的方法是采用矢量方程的方法，但是这样方法的求解复杂而且不是很直观。运用螺旋理论对于机器人进行了分析，可以很容易了解每一个分支对于运动平台的约束，以及能机构CE实现的运动，利用螺旋理论可以简化机构设计中的计算，为机器人的性能分析奠定基础。     

基于螺旋理论的5R三自由度并联机器人奇异形位分析

并联机器人每个支链由5个转动副组成,通过对支链结构采用坐标变换方法,从而使每个支链等效为一个串联机械手的形式,从而在分析过程中使得原来所要分析的参数由5个减少至4个,降低了分析的难度,这一方法对于今后并联机器人的结构分析方面做出了重要的贡献。为今后的动力学、运动学分析中避免奇异形位做出了理论探索。     

环路螺旋理论在并联机器人机构分析中的运用

3T1R新型并联机器人采用了环路支链这种特殊的结构设计,因此采用常规的几何学分析具有其局限性和复杂性。本文采用了环路螺旋理论对其支链结构进行分析和总结,从而提出设计环路支链的新的方法,并在此基础上设计出具有环路支链的3R1T并联机器人,为具有环路支链并联机器人的设计提供了一条新的研究途径。     

3-RSR并联机器人运动学研究

在已有研究的基础上,给出了更为简单、完善的3-RSR并联机器人封闭正解,以及一般结构参数下的逆解和对称结构参数时的封闭逆解的求解方法.该机构运动学正解的最大数目为16组,逆解数目最多有8组,求逆解较其它三自由度并联机器人复杂.     

新型2-TPS/2-TPR并联机构完整Jacobian矩阵

基于螺旋理论建立2-TPS/2-TPR少自由度非对称并联机构完整Jacobian矩阵,它由约束子矩阵和运动子矩阵组成。这两者在并联机构分析(特别是在进行尺寸综合等运动学设计和性能评价)中起着重要的作用。首先,利用螺旋理论先导出2个TPR分支链对平台的约束子矩阵;其次,分别锁定各支链主动副,基于螺旋理论依次导出4个支链对应的运动子矩阵。在约束子矩阵和运动子矩阵基础上,推导出2-TPS/2-TPR并联机构完整Jacobian矩阵。根据实际运用布置2-TPS/2-TPR并联机构铰链,得到其完整Jacobian矩阵,为今后对该机构的进一步分析提供依据。     

基于雅克比矩阵的并联机器人运动学性能分析

基于雅克比矩阵的机构运动特分析对于并联机构的设计具有重要指导意义。本文主要介绍3-UPS/RRR并联机构的运动特性,首先建立机构的雅克比矩阵,利用雅克比矩阵建立机构的可操作度指标,其次借助可操作度指标对在不同姿态下的机构可操作度进行评估。通过MATLAB仿真结果表明,该机构具有良好的可操作性能。     

TPS型四自由度并联机器人位置分析

针对TPS型并联机械手的设计问题,提出一种退化结构:在三自由度并联机构基础上,采用退化结构对动平台的X、Y两方向进行约束,得到新型的具有3R1T四自由度的TPS型并联机构,并在该机构基础上,采用了螺旋理论对其运动特性进行分析,进一步给出了该类型机构的正解、反解位置特性。结果表明:该机构具有计算简单、易实现实时控制等特点,为该类型机构进一步深入研究打下基础。