基于TRIZ理论的高速套袋机移外袋装置的应用

目的 为并联机床找到最优的工作空间范围,提出一种含闭环球铰的三自由度并联机构。方法 根据并联机构的运动学反解,首先求解速度雅克比矩阵;随后在速度雅克比矩阵的基础上,分析并联机构的3种奇异位置,给出奇异位置的数值解,并仿真并联机构在剔除奇异位置情况下的理论可达工作空间;最后,分析并联机构的灵巧度,找到并联机构在理论可达工作空间下灵巧度为0的位置,确定并联机构动平台实际可达工作空间。结果 在剔除奇异位置和灵巧度为0的位置之后,并联机构实际可达空间的x轴位移从[?10 mm, 5 mm]减小到[?9 mm, ?5.4 mm],z轴位移从[?790 mm, ?650 mm]减小到[?790 mm, ?677 mm],并联机构的转角范围由理论范围的[?30°, 80°]转变为[32.544°, 64.114]。结论 通过分析灵巧度的方式得到并联机构的实际可达工作空间,证明灵巧度对并联机构的工作空间有着较大的影响,从而为该并联机构用于并联机床设计提供一定的理论依据。     

冗余驱动并联机构驱动力优化的新型算法设计

针对冗余驱动并联机构驱动力分配存在不唯一的问题,运用各驱动器最大瞬时驱动力最小优化算法,对4-SP-S/S三自由度冗余驱动并联机构逆动力学模型展开优化分析.通过仿真实验分析,发现该算法的优化结果可能有存在力突变奇异点的缺陷.随后,从理论上分析了这种缺陷存在的合理性,设计了一种无力突变奇异且快速收敛的各驱动器最大瞬时驱动力最小优化算法.最后,通过仿真实验验证了新设计的优化算法的有效性.     

一种新型激光测量台的静力学分析

针对一种新型激光测量台静力学分析,首先对机构建立闭环矢量约束方程,将其求导得到速度雅克比矩阵;其次利用虚功原理获取动平台所受外力/力矩与6个驱动关节间的映射关系,即力雅克比矩阵;最后基于拉格朗日乘子取条件极值的方法定义静力学评价指标。实验结果表明:所提出的算法能够揭示结构参数与机构承载能力的关系,在实验提出机构的结构参数下静力学性能最优。     

具有一移动两转动并联机构设计及运动学分析

目的 针对食品行业包装工作量大,人工成本逐级提高且易出错的现状,设计一种能实现复杂运动的新型并联机构.方法 利用螺旋理论分析支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算机构自由度.根据机构学和几何学关系,建立机构输入、输出参数关系方程;通过位置关系方程,得到机构输入、输出的速度和加速度关系方程.由于机构速度雅克比矩阵复杂,将判断矩阵是否满秩问题转化为多元函数求极值问题.根据机构约束条件,计算机构运动平台工作空间.建立机构位置正解的适应度评价函数,将改进的粒子群优化算法与迭代法相结合,求解机构位置正解.利用五次多项式对动平台中心点运动位姿进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律.结果 机构具有一移动两转动自由度.通过对上述问题数学模型的求解发现,机构不存在明显奇异位形,且工作空间连续,姿态角运动范围大.求得了机构高精度位置正解,驱动副运动学参数变化平稳,符合轨迹规划预期.结论 该新型并联机构满足食品抓取和装箱时所需的大工作空间要求,可以实现平稳运动,计算结果为机构动力学分析和实时控制奠定了理论基础.     

RxPzRy型2R1T部分解耦并联机构设计与分析

目的分析部分解耦的2R1T并联机构驱动副旋量特征,从而设计一类新型的部分解耦的RxPzRy型2R1T并联机构。方法基于完全解耦的并联机构的输入输出关系,将动平台角速度在定坐标系轴线方向的分量,变换为XYZ欧拉角角速度分量,得到角速度的完全解耦的分块雅可比矩阵,得到具有多个转动自由度机构的输出与输入部分解耦的关系。结果设计了一种新型部分解耦2R1T并联机构,分析表明该机构部分解耦。结论对于RxPzRy型2R1T并联机构在解耦设计时,使用旋量理论得到的关于角速度的雅克比矩阵不适用于具有多个转动自由度的并联机构完全解耦设计,使用文中提出的变换矩阵将其变换为关于欧拉角的角速度的雅克比矩阵,可以得到相应的对角矩阵,这种方法可以用来对具有多个转动自由度的并联机构完全解耦设计。     

基于ADAMS的冗余驱动并联机器人动力学仿真研究

为使机器人具有良好的结构性能和工作性能,其结构系统必须具有良好的动力学特性.针对动力学特性问题,以ADAMS仿真软件为平台建立了简化的二自由度冗余驱动并联机器人模型,求出了运动学逆解,采用冗余驱动力控制电机的方法,完成了动力学仿真.结果表明该方法能减小驱动力变化范围和降低驱动力峰值,优化电机驱动力,提高并联机器人的驱动性能.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对相关冗余驱动并联机器人的动力学研究具有普遍的应用意义,同时为并联机器人的调试与控制提供了理论依据.     

基于三转动并联机构的茶叶筛分装置运动学性能研究

 根据片状茶叶筛分的功能需求,引入三维转动并联机构作为茶叶筛分机构．首先建立3-UPS-S型并联机构运动学模型,进行工作空间、灵巧性及奇异性分析．根据该机构在筛分工作空间存在的奇异位形,通过添加冗余驱动方式消除机构奇异性,改进原机构得到4-UPS-S茶叶筛分并联机构,并对其灵巧性及筛分运动轨迹进行求解．分析表明,基于4-UPS-S冗余驱动并联机构的片状茶叶筛分装置具有良好的运动性能,并能实现茶叶分层、分散及透筛的功能,可以满足实际工作需求．     

一种并联机构运动副摆放位置不同的静力学分析

目的运用螺旋理论在Matlab平台上对一种封装并联机构2-RPU/SPR,以及因其运动副摆放位置不同衍生出的3种两转一移并联机构2-UPR/SPR,2-UPR/RPS和2-RPU/RPS的静力学特性进行分析,并比较它们的优劣性。方法文中采用螺旋理论法对4种并联机构建立静力学数学模型,进而运用Matlab编程软件建立4个机构的程序模型,在Matlab中分2种情况对4个机构进行静力学分析。结果机构2-RPU/SPR的驱动力与其他3个机构相比相对较小;机构2-RPU/SPR的等效约束力和驱动力与其他3个机构相比变化波动较小。在动平台输出相同的情况下,机构2-RPU/SPR易于控制与驱动,灵活性高于其他3个机构;在动平台位姿相同的情况下,机构2-RPU/SPR抗外界干扰的能力优于其他3个机构。结论并联机构2-RPU/SPR比另外3个并联机构更好,在高精度包装工程中更具有实际应用前景。     

3-RTT并联机构的奇异轨迹分析

基于3-RTT并联机构运动学分析,建立该并联机构的速度方程和雅可比矩阵的解析表达式。应用空间模型理论建立该并联机构的空间模型,并对该并联机构的奇异轨迹进行研究。应用数值方法,得到空间模型中子区域内具有代表性的无量纲并联机构在Z轴不同截面上的奇异轨迹曲线,分析结论为该并联机构的设计提供依据。     

基于2-UPR/UPRR并联机构装盒装置的运动性能分析

目的针对生产线上一类小包装84消毒液的装盒工序,提出一种基于2-UPR/UPRR并联机构的简易装盒装置,对该并联机构进行运动性能分析。方法基于螺旋理论对2-UPR/UPRR并联机构的自由度进行分析,并利用闭环矢量法算出该机构的位姿逆解;然后利用一阶影响系数法求解出该机构的速度关系式及雅可比矩阵,并利用ADAMS软件对其运动性能进行仿真分析;最后应用数值搜索法求解出该机构的工作空间。结果该机构的自由度为2R1T,动平台质心速度变化曲线光滑平稳,且始终保持在600 mm/s以内,实际装盒工作空间为一个尺寸为400 mm×400 mm的规则矩形。结论该并联机构的运动性能优异,能满足生产线上对小包装84消毒液的装盒要求,提高了生产效率。     

基于2-CPR/UPS三平移并联机构的移印机运动学分析

目的提出一种基于2-CPR/UPS并联机构的三平移移印机,以扩展并联机构的应用领域,提高移印印刷质量。方法应用螺旋理论求解机构的自由度,并用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证。建立该机构Jacobian矩阵的数学模型,运用极限坐标搜索法求解其工作空间。根据Jacobian矩阵对机构奇异性进行分析,获得灵巧度指标在工作空间中的分布规律。结果该机构可实现三平移运动,工作空间呈长方体形状,内部连续无空洞且无奇异位置,灵巧度指标在工作空间中分布均匀。结论该三平移移印机可满足移印时的运动及工作范围需求,研究结果表明该机构在工作空间中无奇异位置且灵巧度性能良好。     

面向大型构件印刷的并联驱动双向转动机械臂运动学分析

目的 为实现工作臂末端到达平面或曲面内特定位置,提出一种应用于大型构件印刷的2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂。方法 应用螺旋理论分析2–UCU/U机构的约束螺旋系,得出该机构的自由度,验证输入选取的合理性。利用封闭矢量法,求解得出机构的位置反解,建立速度雅可比矩阵。使用搜索法,借助Matlab求得机构的工作空间,分析机构输入与输出运动关系。结果 求解得到2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂的工作空间,其形状为球形曲面;分析表明,该机构的运动为俯仰和偏航2个方向的转动。结论 驱动副的同向运动实现工作臂的仰俯运动,驱动副的反向运动实现工作臂的偏航运动,因此可使工作臂末端到达工作面所需位置,最终可使连于工作臂末端的工具在特定位置工作。     

新型串并联机构的运动学分析

目的 为了使柔性化生产线能够快速对不同产品进行生产,缩短对不同机器进行测量的时间,探究所述机构在工作空间方面作为测量机构的可行性.方法 提出一种具有精度高、测量范围大且同时便于携带的工业机器人测试平台;主体为串并混联机构,该机构分为上部和下部,下部为3SPR并联机构,上部为6SPS并联机构,分析其逆运动学来求出运动学逆解;并通过软件对其工作空间的形状和大小进行仿真.结果 列出了机构的9个运动学逆解公式,获得了工作空间的18个极限位置和30条边界.结论 文中所述机构的工作空间体积大,连续无空洞,形状规则而对称;可作为测试平台.     

冗余度机器人的最优轨迹生成器

设计出了较为通用的冗余度机器人的最优轨迹规划器，将空间分离法和扩展雅可比矩阵法应用到冗余度机器人的逆运动学求解过程中，得出了较为简便的公式，该规划器回顾了雅可比矩阵的伪逆的计算，为冗余度机器人最优轨迹规划的实时应用奠定了基础。仿真结果表明，该规划器是可行的。     

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

索杆式风电叶片检测装置的运动学分析

针对现有的风电叶片检测装置存在的缺陷,设计了一种由索杆混联结构驱动的风电叶片检测装置。首先,简述了该装置的零部件组成、独特的结构设计以及工作方式。其次,对其核心部件--索杆式检测平台进行了运动学分析,研究了检测平台上动平台的位姿与驱动绳索、驱动液压缸长度之间的关系以及动平台的4条驱动支链在指定运动过程中速度的变化,即针对检测平台的动平台和定平台分别建立了动坐标系和定坐标系,分别利用Newton-Raphson迭代法和空间向量分析法得出了并联检测平台的运动正反解模型,并且通过分析法推导出机构的速度雅克比矩阵。最后通过MATLAB编程,进行了正反解数值计算,通过位置反解验证了Newton-Raphson迭代法的正确性并绘制出驱动支链的运动变化曲线,为后续该检测装置工作空间及其实时控制的研究打下了理论基础。     

基于虚拟力反馈的7-DOF仿人臂逆运动学求解方法

提出一种新型障碍空间描述法。利用其构成的虚拟力场对仿人臂产生的扭矩及关节优化,实时选择一个冗余关节并求等效虚拟扭矩,以其构成力反馈控制该冗余关节。将6自由度逆运动学解法用于仿人臂其余6个关节。仿真试验结果表明,这种新型逆运动学解法具有理想的避障效果,同时简化了逆动力学的求解,它同样适用于超冗余度机器人。