Stewart机构姿态奇异及姿态工作空间的研究

推导出6/6-SPS型Stewart机构处于固定位置时机构的姿态奇异轨迹的解析表达式。利用位置反解方程并综合考虑所有的结构约束条件,提出了一种计算6/6-SPS型Stewart机构的姿态工作空间的离散算法,基于此算法提出了计算该并联机构的实际姿态工作空间的离散算法。通过计算机仿真给出了6/6-SPS型Stewart机构的姿态工作空间和实际姿态工作空间的三维可视化描述。     

冗余并联柔索机构姿态工作空间的研究

将冗余并联柔索机构应用于飞行器模型的风洞试验,而工作空间是评价冗余并联柔索机构工作能力的一个重要指标,是并联机构设计的重要基础.分析了该冗余并联柔索机构的姿态工作空间的算法,基于此算法提出了机构的非奇异工作空间和实际姿态工作空间的概念及其相应的算法.通过计算机仿真给出了一个具体的冗余并联柔索机构的非奇异姿态工作空间和实际姿态工作空间的三维可视化描述,为该冗余并联柔索机构的设计和使用提供了一些理论依据.     

一种3自由度并联机器人可达工作空间姿态分布研究

应用数值解法求解了一种三自由度并联机器人的可达工作空间,在分析可达工作空间的基础上,得出此并联机器人可达工作空间的姿态分布可以由ZC值处于工作空间中部时所得到的可达工作空间曲面的姿态分布代表的结论。然后提出一种可达工作空间曲面切割方法,通过分析切割曲面所得曲线的特征,求解出可达工作空间的姿态分布。     

6/6型Stewart机构姿态奇异及非奇异姿态工作空间分析

推导出了6/6型Stewart机构处于固定位置时机构的姿态奇异轨迹的解析表达式。利用Stewart机构的位置反解并综合考虑所有的结构约束条件,首次提出一种计算6/6型Stewart机构的非奇异姿态工作空间的离散算法,并通过计算机仿真给出6/6型Stewart机构的非奇异姿态工作空间的三维可视化描述。6/6型Stewart机构的非奇异姿态工作空间能保证机构在整个姿态工作空间内不发生任何的运动干涉和奇异位形现象,因此为该机构的设计和使用提供了重要的理论依据。     

[PP]S类并联机器人机构姿态描述方法

具有至少两个转动自由度的空间并联机器人机构的姿态描述是机构运动学分析的一个重要内容,描述方法对机构性能分析起着重要作用。[PP]S类并联机器人机构(连接动平台的三个球铰链始终在固定的平面内作平面运动的并联机器人机构)的动平台具有一个移动和两个转动自由度,是并联机器人机构的重要分支之一,位姿描述也是国内外研究的重点。介绍一种用两个角度描述 [PP]S类并联机器人机构姿态的方法,采用该姿态描述方法,[PP]S类并联机器人机构的位姿描述参数可以减少到5个,而且没有绕垂直于动平台平面的轴线的转动伴随运动,减小了此类并联机器人机构运动学分析的难度。与采用3个欧拉角的姿态描述方法相比,这种方法具有运动学描述简单以及伴随运动和姿态工作空间描述方便等优点,符合工程应用需要,是值得推广的一种姿态描述方法     

基于四元数的Stewart机构姿态奇异与姿态空间研究

基于单位四元数描述的刚体姿态，避免了欧拉角等描述刚体姿态的奇异性问题，推导出：Stewart机构处于给定位置时的姿态奇异解析表达式，并提出了该机构处于给定位置时的姿态工作空间算法，通过计算机仿真给出该机构处于一给定位置时姿态奇异轨迹和姿态工作空间的三维可视化描述。研究结果为该机构的实际应用提供了重要的理论依据。     

冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划

在研究冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划以实现在空间机器人末端进行连续路径跟踪的过程中基座姿态无扰动。提出一种具有奇异鲁棒特性的反作用零空间算法以完成冗余空间机器人关节运动与基座姿态扰动的解耦控制,其克服了传统基于反作用零空间算法中的算法奇异问题,且结合奇异鲁棒逆以及变阻尼系数克服动力学奇异,进而得到奇异鲁棒的空间机器人基座姿态无扰动路径规划算法。建立基于MATLAB/Simulink的空间机器人数值仿真系统以验证所提出算法的实用性以及可靠性,仿真结果表明提出的算法具有可行性。     

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。     

五自由度3D打印并联机器人设计及分析

为实现多向3D打印,设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人,该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度,其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型,计算了该机器人机构的运动学反解,分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵,在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性,并进行了运动仿真分析。研究结果表明,所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间,该机器人在工作空间内存在奇异位置,通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置,并且具有良好的灵巧性,适合多向3D打印。     

基于四元数的Stewart机构姿态奇异与姿态空问研究

基于单位四元数描述的刚体姿态,避免了欧拉角等描述刚体姿态的奇异性问题,推导出Stewart机构处于给定位置时的姿态奇异解析表达式,并提出了该机构处于给定位置时的姿态工作空间算法,通过计算机仿真给出该机构处于一给定位置时姿态奇异轨迹和姿态工作空间的三维可视化描述.研究结果为该机构的实际应用提供了重要的理论依据.     

Singularity analysis of a novel 4-dof parallel manipulator H4

Recently, it has been shown that a novel parallel manipulator called H4 can be employed to perform high speed motion for semiconductor applications. In this new family of parallel manipulator, singularities are associated with either loss or gain of degrees of freedom (DOF). This paper deals with singularity analysis of H4 utilizing line geometry tools and screw theory. Firstly, the static equilibrium condition of the end effector is derived to obtain the full 6×6 matrix, which is set of governing lines of the manipulator. Based on linear dependency of these lines, the singular configurations of the manipulator can be identified. Moreover, in order to deal with singularities associated with loss of DOFs (serial singularity), the static equilibrium of the actuators is also defined. Secondly, architecture and constraint singularities associated with gain of DOFs (parallel singularity) are defined and analyzed using linear complex approximation algorithm (LCAA), which is employed to obtain the closest linear complex, presented by its screw coordinates, to the set of governing lines. The linear complex axis and pitch provide additional information and a better physical understanding of the manipulator’s self-motion when in or closed to a singular configuration. Lastly, various singularities of an example H4 manipulator are presented and analyzed using the proposed methods.     

一种新型并联机器人的奇异性与工作空间研究

针对一种六棱锥式新型并联机器人的轨迹规划问题,基于具有反解选取准则的机构逆运动学方程,对奇异性和工作空间进行深入研究。由雅可比矩阵提出机构奇异判别方程,并引入可操作度性能指标进行奇异性分析。考虑运动副范围以及连杆干涉等约束条件,采用三维边界搜索法,给出机构在定姿态下工作空间的三维可视化描述。进行边界采样实验,实验结果表明了仿真的正确性。研究结果可为无奇异轨迹规划提供理论依据。     

Singularity analysis with respect to the workspace of a double parallel manipulator

Singularity analysis is an important issue in the design of parallel manipulators, since they become uncontrollable at singular configurations due to the rank deficiency of the Jacobian. This paper analyzes the singularity of a double parallel manipulator with respect to its workspace. The workspace is decoupled into a positional workspace generated by the first parallel mechanism, and an orientational workspace by the second mechanism. The singularities occurring outside each workspace are analytically found by a Jacobian matrix derived for the velocity transformation from the end-effecfor to the linear actuators. The singularity loci are presented and their geometric properties are examined to prove that the double parallel manipulator is free from the singularity problem.     

On the forward and inverse displacement of spatial parallel manipulators

In engineering applications, the singularity, and the forward and inverse displacement of spatial parallel manipulators have received a great deal of attention. This paper presents a new simple but effective methodology to investigate these problems based on the analysis of the degree of freedom (DoF) of the spatial parallel manipulator. Through numerical method, the singularity and the forward displacement problems can be cracked simultaneously. With a numerical example, we point out that the Newton-GMRES algorithm is quite a good redeeming method to solve the forward displacement of spatial parallel manipulators, in which cases the differential coefficient matrix of the Newton?Raphson method is nearly singular.     

Kinematic and Singularity Analyses of a Six DOF 6-3-3 Parallel Link Machine Tool

A parallel link manipulator is considered to be an important construction feature of machine tools in the future. To construct a parallel link machine tool which can be practically applied for machining, the analysis of singularity is essential. A six degrees-of-freedom 6-3-3 parallel link machine tool was considered to investigate the effects of the design parameters on the singularity of the system. The U matrix method, which is based on the Pluücker coordinate system, is adopted to investigate the singularity of the machine tool. The results show that a little variation of the orientation of the tool frame can effectively avoid the singular condition during the machining processes. This result is important for the applications of parallel link machine tools in real machining processes.     

并联机器人奇异位形研究

介绍一种并联机器人奇异位形分析计算的新方法。该方法以动平台瞬时运动为基础,建立奇异位形条件,从而获得简化的奇异位形判别方程式,以６自由度三角平台并联机器人和三支链并联机器人为例对这一问题进行研究。     

6-PUS并联机器人的奇异性分析

本文对6-PUS并联机器人的奇异位形进行了分析。在运动学分析的基础上得出了该类并联机器人的运动学方程。将并联机器人的奇异条件表示为矢量的混合积形式,然后根据矢量混合积与并联机器人腿在空间的几何关系,给出了6-PUS并联机器人几种出现奇异位形的腿的几何条件。     

All planar parallel manipulators with cylindrical singularity surface

In this article we give the complete list of all non-architecturally singular parallel manipulators of Stewart Gough type with planar base and platform, whose singularity set for any orientation of the platform is a cylindrical surface with rulings parallel to a given fixed direction p in the space of translations. The presented list has only two entries containing the necessary and sufficient geometric conditions of the corresponding manipulator designs possessing such a singularity surface. These manipulators have the advantage that their singularity set can easily be visualized as curve by choosing p as projection direction. Moreover the computation of singularity free zones reduces to a 5-dimensional task. We close the paper by formulating a conjecture for the non-planar case.