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。     

3-RRR平面并联机器人的边界奇异位形个数研究

在并联机器人的各种奇异位形中,边界奇异是最容易产生的,且该位形下机器人的运动学和力学传递性能极差。以3-RRR平面并联机器人为研究对象,从位置反解的角度,对边界奇异位形的个数进行了研究。首先,运用图解法,确定了并联机器人的位置反解退化为唯一解时的位形条件。其次,基于该条件,构造并代数求解了8个位形方程。研究发现,该机器人最多只可能存在28个完全边界奇异位形。接着,引入“尺度数轴”概念并结合尺度判别式,分析了姿态角失根和重根的情况,进而提出了一种计算实际完全边界奇异位形个数的新方法。最后,通过样机实验,验证了新方法的正确性。本研究为无奇异工作空间计算和路径规划奠定了理论基础。