基于Creo及SimMechanics对3-TPT并联机构的运动学仿真与模拟

针对一种3-TPT并联机构进行运动学模拟仿真,利用Creo 2.0建立了虚拟样机模型,并推导出了并联机构的运动学正、逆解方程。借助于Matlab中SimMechanics模块的系统动态建模功能,创建了3-TPT并联机构运动模型;利用Simulink和模糊控制箱建立了模糊PID控制器,将其与SimMechanics模型连接,对3-TPT并联机构进行动态仿真模拟,得出伸缩杆位速度变化曲线;通过对曲线的分析研究,可以得出该并联机构的运动平稳性较好。该方法能够直观地对并联机构进行可视化运动分析,进而可为3-TPT并联机构的结构参数优化、性能分析及模糊PID控制器的设计提供参考依据。     

新型并联机构设计方法

研究了一种三自由度并联机构的优化设计方法。首先根据机构的运动特性和结构特点将机构简化为一简单的等效机构,接着给出了考虑了铰链约束的工作空间解析式,其次通过分析得到了灵活度最优解析式,最后提出了一种满足工作空间要求,同时使得灵活度较优和结构参数较小的并联机构优化设计方法。     

平面柔索驱动并联机构的灵活工作空间及构型优化

灵活工作空间是并联机构的一个重要指标,文中以平面三自由度柔索驱动并联机构为研究对象,讨论如何获得灵活工作空间较优的构型。首先建立平面柔索驱动并联机构的静力学模型,然后给出了灵活工作空间的计算方法和数值算例。最后以灵活工作空间为目标,以柔索驱动静平台连接点的位置为优化参数,利用遗传优化算法对构型参数进行优化。通过比较优化前后两种构型发现,优化后构型的灵活工作空间的面积大为提高。     

3-TPT 型并联机床的精度分析与仿真

为提高3-TPT型并联机床的运动精度,解决杆长误差和铰链间隙误差的影响问题,将3-TPT型并联机床的各条支链作为假想的单开链,利用矩阵法结合从运动学方程微分得到的结论,推导出杆长误差和铰链间隙误差与终端动平台位置误差的映射关系.以东北大学研制的3-TPT型并联机床为模型,在MATLAB下利用蒙特卡洛方法分析了工作空间内杆长误差和铰链间隙误差对终端运动精度的影响规律.仿真结果表明,该机床的终端输出误差较小,约为输入误差的1/15～1/12.5,基于该构型的试验平台可达到较高的运动精度.     

一种新型并联机床的灵巧性分析

针对一种新型并联机床的实际加工要求，提出了灵活度指标。该灵活度指标选取为刀尖点服务区的面积与服务半球面积的比值，提出了基于曲面分析的灵活度计算方法，并分析了结构参数，运动学参数对机床主进给机构灵活度的影响，分析计算结果表明，该新型并联机床的主进给机的灵巧性好，可以实现大倾角加工。     

两种3-TPT并联机构的自由度及运动仿真研究

本文在分析了两种3-TPT并联机构自由度的基础上,借助ADAMS软件对这两种机构的动平台自由度、运动类型进行仿真分析。万向铰布局方式的不同,导致3-TPT并联机构动平台运动性质改变。通过仿真形象直观地证明了这一点。为进一步研究3-TPT并联机构的运动控制及优化设计提供有价值的参考。     

3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响研究

并联机构的误差是影响其精度的重要因素,分析各项误差源对动平台误差的影响,对降低误差、提高并联机构精度有着重要意义。通过分析并联机构姿态误差对整体加工精度的影响,以3-TPT并联机构为例,建立机构运动学方程后进一步建立机构误差的数学模型。在建立误差模型的基础上利用MATLAB软件对机构的误差模型进行仿真分析。对结果分析表明3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响在机构工作平面中心点处附近较小且随x轴位置变化精度影响较大。研究对全面分析3-TPT机构工作精度具有重要影响,其结论也可以用于并联机构尺寸优化和误差补偿。     

基于遗传算法3-RCR并联机器人的结构参数优化设计

确定机器人机构结构参数是并联机构优化设计的难题,因为并联机器人的机构结构参数优化属于多维,多目标和多约束条件优化问题。基于3-RCR并联机构的工作空间体积,分析了机构结构参数对工作空间体积的影响。运用坐标变换法对机构的位置反解进行求解;利用极坐标边界搜索法通过具体算例确定了机构的工作空间及其边界,以工作空间为目标利用遗传算法对机构进行了结构参数优化,获得了性能优良的结构参数,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的工作空间图谱。为该类并联机构的进一步研究和推广应用奠定了基础。     

基于离散蒙特卡洛的一种3T1R并联机构工作空间分析

针对一种拓扑结构为2-PRPU型的3T1R空间并联机构,采用离散式蒙特卡洛法,通过对动平台转动自由度作离散化处理,在输入对称的情况下,实现了整个空间并联机构的定姿态工作空间、可达工作空间和灵活工作空间的可视化。从定姿态工作空间、灵活工作空间和可达工作空间的角度分析2-PRPU型空间并联机构的工作性能,表明该机构动平台的可达工作空间范围较大,且大部分为灵巧工作空间。这为多自由度空间并联机构的研究和应用提供理论基础。     

基于Kane方程的3-TPT并联机构动力学研究

以3-TPT并联机构为研究对象,进行动力学方面的研究。首先,以Kane方程为基础,从运动学角度出发,分析运动平台和各个驱动杆件的速度、加速度之间的关系;然后,运用Kane法建立3-TPT并联机构的动力学方程;最后,在MATLAB环境下进行驱动力和时间关系的仿真分析。分析结果表明,3-TPT并联机构有效驱动力呈周期性变化,且在加速和减速阶段有突变,这会引起平台的震动。     

改型Stewart平台性能分析及优化

从工作空间和基于雅可比条件数的灵敏度两方面对一种改型Stewart平台进行了分析,讨论了一些结构参数对平台性能的影响,分析得出这些参数的变化对工作空间和灵敏度的影响效果相反。以工作空间和灵敏度最优为目标对一些结构参数进行了优化。     

2自由度高速高精度并联机器人的运动学优化设计

提出一种基于工作空间综合和灵巧度、速度和几何精度等性能指标分析的2自由度并联机器人运动学优化设计方法,构造一种由灵巧度、运动速度和运动分辨率等变量组合而成的工作空间全局评价指标。优化过程分为两步进行：首先以灵巧度、力传递特性和避免奇异位形的几何条件为约束,综合出具有良好特性的工作空间,在此基础上研究不同杆长比下实现目标工作空间所需的尺度参数;然后根据全局运动学性能评价指标从第一步的优化结果中遴选出最合适的杆长比,从而实现了对机构的几何尺度参数优化。并给出了算例以说明方法的有效性。     

DIMENSIONAL DESIGN THEORY AND METHODOLOGY OF 6-DOF SCISSOR PARALLEL MANIPULATOR

Parallel manipulators have many advantages over serial manipulators in terms of high load/weight ratio, velocity, stiffness and precision. A dimensional design theory and methodology of six degrees of freedom scissor parallel manipulator (SPM) is investigated. The SPM kinematics inverse equation is given. Based on the formulation of the local dexterity and the definition about the indexes of workspace incircle radius, the effects of the design parameters on the dexterity and workspace are discussed. Moreover the incircle radius change ratio about workspace are defined and used as the evaluated indicator to analyze the effects of the design parameters on the performances. A dimensional design theory that could satisfy the requirement of dexterity and workspace is proposed. The dimensional design theory and methodology can be of help in the design, trajectory planning and control of parallel manipulator.     

CT导航并联机器人构型设计及分析

为满足医疗上的任务灵活空间的要求,提出了一种新型的机器人机构,并从定义上考证,确定为单闭链并联机器人构型.文中用螺旋理论的矢量形式表示了运动输出特征方程,根据机器人机构拓扑结构理论分析了机构的活动度,同时通过公式对任务灵活空间进行了分析,绘制了动平台空间姿态随参数变化的规律表,提出了影响并联机构任务灵活空间的关键参数.对并联机器人构型的设计提供了一种理论上的参考.     

3-PU*U*型平动并联机构的运动学分析

研究3-PU^*U^*型平动并联机构的运动学分析问题。通过将该机构简化成运动等效的机构模型，得到其位置逆解公式及描述机构输入与输出速度关系的逆雅可比，并进一步对3-PU^*U^*并联机构作业空间的几何性质、机构的运动灵活性进行了分析，给出了尺度参数变化对机构作业空间及运动灵活性的影响规律。分析表明，该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性，是一种较为理想的实现三移动操作的并联机构选型。     

交叉杆并联机床结构参数优化

增大工作空间和提高灵巧度是并联机床设计的一项重要任务。依据运动学反解,采用三维搜索的方法得到了带约束条件的交叉杆并联机床的工作空间;利用自然坐标法推导了该机床的新型雅可比矩阵;基于工作空间和新型雅可比矩阵获得了交叉杆并联机床的灵巧度分布。在此基础上分析了机床各结构参数对工作空间和全域灵巧度指数的影响规律,然后用最小二乘法进行曲线拟合并以工作空间指数和全域灵巧度指数为优化目标对该机床进行优化,与优化前相比,两项指标分别增大了0.40倍和0.26倍,达到了机构优化的目的。     

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。     

一种支链含Pa副的新型2T1R并联机器人的运动学分析与多目标性能优化研究

以并联机构2T1R作为研究对象,基于并联机构拓扑结构设计理论综合出一类支链含Pa平行四边形机构的2T1R并联机构,并优选出两种新型2PRPaR-PPaR与2RRPaR-PPaR并联机构,以2PRPaR-PPaR并联机构为例,利用方位特征集拓扑结构理论计算机构的方位特征集、自由度、耦合度等拓扑特性,根据建立的特征方程并得到机构的运动学逆解解析式。基于此,分别对机构的工作空间、灵巧度、转动能力等性能指标可视化分析,并通过图形化对比分析机构参数对这些性能指标的影响,最后建立工作空间和全局灵巧度多目标优化模型,选择快速非支配多目标优化算法（NSGA-Ⅱ）实现机构尺度综合,结果表明：2PRPaR-PPaR机构具有工作空间较大、灵巧度较好、转动能力高等优良特性,优化出一组不同姿态角下的对工作空间和全局灵巧度的多目标pareto优化解。     

EMR系统机器人工作空间与灵活性的分析

分析机器人的工作空间对于机器人的设计、规划及控制都具有重要的意义 ,然而多关节且关节角受限制的机器人工作空间难以描述 ,目前在机器人的实时规划和控制中仍然没有很好地解决。根据机器人的结构和任务特点 ,分别采用代数法和几何法分析了EMR系统机器人的工作空间和灵活性 ,其结果计算量少 ,可以用于机器人的实时规划和控制     

3自由度平动并联机构结构参数的优化

由于 3自由度平动并联机构结构参数的选取对运动平台的工作空间以及并联机构的运动灵活性都会产生影响 ,所以如何选取结构参数是一个很重要的问题。本文求解了当运动平台的工作空间达到指定的范围的基础上 ,运用MonteCarlo方法使得运动灵活性和尺寸值达到最优的结构参数。