Stewart并联机构运动Jacobian矩阵表达形式的多样性

现有文献中Jacobian矩阵存在多种表达形式,不利于指标值的统一评估和对比。为此,通过剖析Stewart并联机构运动Jacobian矩阵的机理,找到引起上述现象的根本原因,用欧拉角及其导数描述动平台的转动速度并运用位置方程求导法推导出第1类形式的Jacobian矩阵;用角速度矢量描述动平台的转动速度,并运用环路方程法推导出第2类形式的Jacobian矩阵;将动平台上与静坐标系原点重合的点选为线速度基点,并运用环路方程法推导出第3类形式的Jacobian矩阵。运用角速度加法公式和线速度基点法,构建不同形式Jacobian矩阵之间的映射;运用矩阵理论推导各Jacobian矩阵行列式之间的关联。通过数值算例验证上述结论的正确性,并绘制机构的奇异曲面。所得结论为并联机构的型综合、型优化提供了理论指导。     

一种新型可重构Stewart衍生型并联机器人的奇异位形及工作空间

设计了一种新型可重构Stewart衍生型并联机器人,并对其奇异位形及工作空间进行了分析.基于矢量代数法推导出并联机器人位置反解的全解析表达式,并通过算例验证其正确性;基于直接微分法推导出并联机器人的雅可比矩阵,进一步地,结合Gosselin法分析了该并联机器人的奇异位形;建立了并联机器人结构中球铰链和二重复合虎克铰链的转角约束方程,结合位置反解解析式并运用有限离散法,获得了并联机器人的位置工作空间和姿态工作空间.研究内容为可重构Stewart衍生型并联机器人后续的轨迹规划、机构优化研究奠定了基础.     

Stewart衍生型并联机器人的工作空间分析

以一种新型Stewart衍生型并联机器人为研究对象,对其位置反解及工作空间进行了分析。首先,结合矢量法与旋转矩阵推导得出并联机器人位置反解的全解析表达式,并在Mathematica中构建了并联机器人虚拟样机,通过算例仿真验证了位置反解数学模型的正确性;然后,基于带杆长约束条件的全解析式位置反解,运用有限离散法,获得并联机器人在三种不同姿态下的位置工作空间和z=0 mm工作空间点云的姿态工作空间;进一步的,研究了结构参数对零姿态位置工作空间的影响趋势,总结得出适当减小并联机器人的动平台边长和增大初始杆长,能够增大位置工作空间。研究内容为Stewart衍生型并联机器人后续的奇异位形研究打下基础。     

11-6合体型Stewart并联机构位置正解的半解析算法

针对6自由度并联机构的正运动学无全解析解或全解析解推导困难的现状,提出1种11-6台体型Stewart冗余并联机构,并构建了1种区别于传统全解析法和数值法的半解析算法。首先,通过构建虚拟支链,将11支链构型转换成具有低耦合度的12支链的并联机构,并基于特征点的尺度关系,推导出转换机构的全解析解;然后,运用Newton-Raphson法,数值求解了6个杆长协调方程,并分析了72种情况下迭代次数与初值偏差的关系,据此得到求解不同支链时的最优方程。     

可重构六维加速度传感器的构型奇异分析

针对六维加速度传感器在工作过程中其弹性体结构可能处于奇异位形的问题,以可重构六维加速度传感器的四种构型为例,分析了构型奇异与基座加速度之间的映射关系。首先,通过建立正向动力学方程和正向运动学方程,构建了基座加速度与质量块相对位姿之间的函数关系。接着,基于Gosselin奇异分析法,推导了弹性体结构的雅可比矩阵,并绘制了奇异曲面散点图。进一步地,分析了质量块的质量与奇异曲面之间的关系。结果表明,12-4、12-6构型可适用较大的加速度范围,而9-3、9-4构型可适用的加速度范围相对较小。研究结论及方法为六维加速度传感器的构型选择及参数优化提供了理论基础。     

钢帘线外绕捻股机床综合性能提升

提出了一种钢帘线外绕捻股机床综合性能提升改造方案,在原机床上增加双扭转检测装置(ATC)、电磁张力装置、永磁外绕头、虚捻器、恒张力收线等部件。其中重点是双ATC的使用,第一道ATC防呆纠错,在线检测并制止上道工序为了产量而牺牲质量;第二道ATC对钢帘线残余扭转实时调整,提高产品质量。改造后放线张力波动范围稳定在±5 N;钢帘线扭转可在显示屏上看到波动曲线图,对超差实时调整、纠错,标准扭转目标控制值-1.5～+0.5圈的比例达94%,比改造前提高了34%。减少了停车扭转检验工序,成品可直接装箱,人员生产效率提高17%～24%,经济效益明显。     

Stewart衍生型六维加速度传感器的工作频带研究

六维加速度传感器的工作频带是一项重要的动态性能评价指标,由于目前市场上还没有能够完全满足标定要求的试验平台,这项性能的理论模型目前尚未建立。针对该现状,以一种Stewart衍生型六维加速度传感器为例,通过推导基频及其与工作频带上限之间的关系,建立了其工作频带的数学模型。首先,通过将四元数引入系统的第2类Lagrange方程,推导出动、势能函数的二次型表达式,通过矩阵迭代法求解得到具体的基频值,验算结果表明,所设计算法的迭代次数不超过19,计算误差小于0.000 1%;其次,基于正交试验理论以及ADAMS动力学仿真软件,设计了256组搜索可行工作频率的虚拟试验,结果表明,工作频带上限始终介于基频的1/35～1/32,且测量数据的不确定度仅为0.004 1;然后,运用空间模型理论研究了传感器的工作频带性能指标与结构参数的分布规律,绘制了全域性能图谱,为后续结构拓展提供参考;最后,加工制作了六维加速度传感器的实物样机,并在其工作频带内进行了试验,相对误差小于0.53%,进一步验证了频带模型的有效性和可行性。     

9-3 Stewart型并联机器人的结构设计及奇异位形分析

以一种9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,对其进行结构设计及奇异位形分析。通过设计三重复合虎克铰链,减小了运动学求解难度;通过设计可转换主、从运动的变胞移动副,实现了变拓扑驱动;基于环路方程法推导出了并联机器人的速度雅可比矩阵,并运用代数法分析了并联机器人的奇异位形,得到了并联机器人的位置奇异曲面和姿态奇异曲面。研究内容为该并联机器人后续的轨迹规划及工作空间优化奠定了理论基础。