一种四自由度并联机构的性能指标分析

通过改变并联机构的拓扑结构,得到了一种具有空间四自由度的并联机构。根据位置关系方程,通过理论推导,得到了机构速度和加速度映射解析方程,同时求出了机构的一阶和二阶影响系数矩阵。综合分析了机构的运动学和动力学性能指标,得到了影响多种性能指标的敏感因素。考虑量纲的不同,将Jacobian矩阵分离,在动平台任务空间内,研究了决定速度和力、角速度和力矩的性能指标。提出了对Hessian矩阵采用"分层"研究的方式,在任务空间内,得到了各支链扰动对机构加速度和惯性力性能的影响程度。研究结果为机构的设计和优化以及控制策略的选择提供了理论依据。     

Gough-Stewart平台高效动力学建模研究

运用凯恩方法建立并联机构动力学模型,以并联机构动平台参考点的速度和角速度作为伪速度,推导各个驱动杆和动平台偏速度和加速度,建立各个构件的凯恩方程,并加以综合,得出系统的动力学模型。所得模型表达简洁,变量和方程的数目少,适用范围广,计算效率高,适于并行计算。该方法便于在任务空间建立控制模型,并为并联机床的动态分析与设计提供了基础。     

一种三角化解耦1T2R并联机构的型综合与运动学分析

对一种三角化解耦1T2R并联机构进行型综合,通过分析三角化解耦机构Jacobian矩阵特点,得到其支链驱动副与动平台自由度之间的解耦关系。结合牵连运动与转动自由度条件,得到机构支链自由度。进而以螺旋理论为基础进行型综合。对PU+PRU+PUS机构进行自由度计算,推导出机构位置正反解,分析速度与加速度性能,同时求出正逆Jacobian矩阵,使用ADAMS软件进行建模仿真,验证机构运动学正确性,最后对该机构工作空间进行求解。     

转动型3-UPU并联机构的刚度分析

根据由并联机构的Jacobian矩阵表达的刚度矩阵,本文分析了转动型3-UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律.结果表明,最大刚度方向占据了相对稳定和集中的部分,并且当动平台平面和静平台平面接近平行时,并联机构的刚度较高.转动型3-UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用.     

3自由度并联机器人的运动学与动力学分析

对一种空间 3 自由度并联机器人(3-RRS 并联机器人)进行运动学和动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一球面副的支链组成.完全描述此并联机器人动平台的位置和姿态需要6个变量,即平台上一参考点的3个位移和3个转角.由于此并联机器人拥有2个转动自由度和1个移动自由度,所以,在动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的.首先,推导此种并联机器人动平台的6个位姿参数之间的约束关系,给出这些变量之间的解析表达式.然后,基于Lagrange方程建立此并联机器人的动力学模型.在此基础上,通过算例分析驱动构件角速度、驱动力/力矩和能耗的变化规律.这些内容为进一步研究此种空间并联机器人的动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义.     

新型含子闭环并联机构的灵巧性研究

以新型含子闭环的3-5RUU并联机构为对象,对其灵巧性进行研究。首先运用D-H法建立了机构的位置逆解方程,并利用ADAMS仿真验证了方程的正确性,进而对其求导得出了速度雅克比矩阵;然后将线速度全条件性指标和角速度全条件性指标作为机构的灵巧性评价指标,通过两指标的变化曲线图,分析了机构尺度参数对灵巧性的影响;最后将3-5RUU并联机构与Stewart机构的灵巧性评价指标进行了对比,结果表明3-5RUU并联机构有更优的线速度灵巧性和角速度灵巧性。     

PS-3SPS结构降耦并联机构运动学分析

对称结构4自由度4SPS-PS并联机构具有1条方位特征(被动约束)支链,耦合度为2,其位置正解和动力学正反解的求解较复杂。运用方位特征支链主动化和运动副合并(将约束距离缩减为0)方法,对原构型进行结构降耦设计,得到一种PS-3SPS一平移三转动降耦并联机构。新型降耦机构的耦合度为0,其突出优点是位置正解具有显式表达式。给出求PS-3SPS降耦并联机构位置正反解的几何方法,得到动平台Euler角的解析解。运用矢量代数法和姿态矩阵微分形式,推导出机构速度Jacobian矩阵,并得到速度和加速度正反解的显式表达式。运用空间几何法,推导出PS-3SPS并联机构所有理论正运动学奇异位形,并给出代表性奇异位形。最后,给出数值算例,位置正反解十分吻合,表明求解方法准确可靠。分别运用MATLAB软件编程和ADAMS软件仿真得到机构运动学分析曲线,两者结果一致,验证了理论分析模型与方法的正确性。     

空间3-PRR并联机构的奇异性及其在不规则曲面雕刻机中的应用

提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行.基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度.用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形.由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构...     

一种新型四自由度并联机器人运动学特性

提出一种新型四自由度并联机器人机构,命名为2UPU／2SPS11机构,该机构可以实现空间的三维移动和一维转动。采用计算机辅助几何法,建立并联机器人模拟机构,得到动平台位置轨迹,并采用拟合法分析动平台速度、加速度。采用解析法建立机构的位置正反解方程．并基于影响系数法推导速度、加速度方程,对计算机辅助几何法的分析结果进行验证。验证结果表明,计算机辅助几何法研究并联机器人的运动学特性是可行的,值得推广。     

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。     

一种低耦合度半对称球面并联机构的设计、拓扑分析与运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计了一种低耦合度半对称的三转动(3R)球面并联机构,分析计算了该机构输出运动的方位特征集(POC)、自由度以及耦合度(κ=1)三个主要拓扑特性;其次,运用序单开链法运动学原理求解了位置正解的数值解。再次,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析;最后,利用Matlab给出工作空间中的奇异轨迹。     

新型4-SPS/PPU并联机构运动学分析

提出一种能实现空间两移动和两转动的新型4-SPS/PPU四自由度并联机构模型,其中SPS支链为驱动支链,PPU为恰约束从动支链.采用螺旋理论计算了4-SPS/PPU并联机构的自由度.讨论了该机构的位置反解与正解,通过对位置方程求一阶微分,导出该机构的Jacobian矩阵,并分析了其加速度性能,给出了该机构Hessian矩阵的求解方法.根据运动Jacobian矩阵推导出该机构的条件数,通过数值分析验证了结构参数对该机构灵巧度的影响.为该机构的构型设计提供了理论依据.     

空间2T1R型并联机器人机构的设计与运动学分析

提出一种新型3自由度空间并联机器人机构,该机构由动平台、定平台和联接两平台的3条结构不同的分支运动链组成,机构动平台具有二维移动一维转动(2T1R)自由度。通过将动平台退化为末端操作器和机构3条分支运动链排列次序的调整,演化出另外两种新型2T1R并联机器人机构,且演化后的机构末端操作器具有更高的转动性能,能实现360°回转。基于螺旋理论对所提出机构的自由度进行了分析和计算,推导出机构的运动学解析解,包括位置、速度和加速度。由于机构雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1,故此类并联机器人为完全各向同性机构。     

混合输入五杆机构速度空间的连续性研究

讨论了并联机构存在奇异性的几种情况,运用混合输入五杆机构输入输出速度的矩阵关系表达式,在整个铰链空间分析Jacobian矩阵中各项的连续性,推导出输出端速度空间连续性的判定准则。给出算例并进行仿真计算,验证了研究的正确性。     

新型基于6—PSS三维平台机构的并联微动机器人

提出一种新颖的基于6－PSS并联三维平台机的微动机器人并介绍其结构布局特点,应用Jacobian矩阵和力Jacobian矩阵的子阵,分别对其线速度与角速度和力与力矩的各项同性进行了分析计算,并建立显式的微位移正解和反解方程,为其设计和使用提供理论依据。分析计算结果表明,该微动机器人算法与控制简单,微位移解耦和速度与力向向同性,具有最佳的运动和力传递性能。     

基于4-CRR并联机构的玉米穴播机运动学分析

提出了一种基于4-CRR并联机构的玉米穴播机.运用螺旋理论求解4-CRR并联机构的自由度,采用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证;采用等效平面投影法求解该机构的位置逆解,推导出机构的Jacobian矩阵并对其进行了速度分析;对应用于穴播机的4-CRR并联机构的杆长取值范围进行分析,通过极限边界搜索法求解了杆长为250 mm的机构的工作空间.该机构动平台可实现沿3个坐标轴方向的平移运动,工作空间内部连续,可在穴播机下方形成一个300 mm×300 mm的可调整播种区域.基于4-CRR并联机构的穴播机可根据田间土壤情况的不同,灵活调整播种位置,改变种植密度,达到玉米增产增收的效果.     

新型完全各项同性平面并联机构的运动学分析

提出一种新型3自由度平面并联机构,该机构由三条不同的分支运动链将动平台和静平台连接而成。并通过运动副合并,得到另外一种新型平面并联机构。基于单开链单元理论分析机构动平台的运动输出特性,推导出机构的位置和速度的运动学方程。由于速度雅可比矩阵为3×3阶单位阵,故机构主动副的输入速度与动平台的输出速度间存在一对一的映射关系,即动平台的一个输出运动只需要一个主动副控制。同时,由于雅可比矩阵的条件数恒等于1,所以机构在整个工作空间范围内表现为完全各向同性。     

一平动两转动3-UPU并联机构奇异性分析

应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-UPU并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件,推导出机构的6×6 Jacobian矩阵,该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合,基于这些线矢量的线性相关性,可识别出机构的奇异形位。引入线性丛逼近算法(LCAA)定义和分析了机构的结构和约束奇异形位,这两种奇异形位均和机构得到多余的自由度相关,文中统称为并联奇异;LCAA算法可得到用旋量坐标表示的最近线性丛的轴线和节距,当并联机构处于或接近奇异形位运动时,该线性丛的轴线和节距提供了机构自运动的额外信息。给出了3-UPU并联机构奇异性分析的实例。     

新型无耦合两转动并联机构运动学及性能分析

针对并联机构的强运动学耦合性问题,提出了一种新型无耦合二自由度转动并联机构。利用方位特征集法对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算,利用驱动力螺旋理论和封闭矢量法推导了机构运动平台的姿态方程和角速度方程,根据机构分支运动链的运动螺旋系及其约束螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性,并给出了其奇异位形;推导出了机构运动条件指标与结构尺寸系数和输入角位移之间的关系式,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件,最后对机构运动学进行了仿真分析。研究结果表明:该并联机构具有无耦合运动学特性,尤其当其结构尺寸满足一定要求的情况下,其运动雅可比矩阵为单位阵,机构则具有完全各向同性的运动学特性。     

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。