UPS+UPR+S并联机构伴随运动及正逆解分析

目的针对二自由度的UPS+UPR+S并联机构对该并联机构是否具有伴随运动以及对该并联机构的位姿正逆解进行分析。方法通过旋转变化矩阵得到相应向量的表达式,并建立约束方程验证是否具有伴随运动。对该机构进行正逆解分析,通过遗传算法求得机构的部分正解并与逆解相互验证,并通过实例进行验证分析,得到最佳个体、最佳适应度、多样性值和每代个体得分结果。结果该机构不存在伴随运动,正解与逆解所得结果相差较小,数据可以相互吻合。正解实例得到的最佳个体为-0.267和0.31,结果与反解相互验证,最佳适应度逐渐减小,获得了每代得分和每代个体得分情况。结论机构不存在伴随运动,性能较好,由正逆解相互吻合可知正逆解的正确性。     

3-CRS-S并联机构的运动学分析及仿真

目的 对3-CRS-S并联机构进行运动学分析及仿真,验证该机构是否具有优良的运动学性能.方法 运用修正的Kutzbach-Grübler公式对机构进行自由度计算,并分别采用D-H法和数值算法中的粒子群优化算法(PSO)对该3-CRS-S并联机构的位置正逆解进行分析,运用Adams软件对3-CRS-S并联机构进行角度和角速度分析.结果 得出该机构的位置逆解和正解,以及运动学仿真后的角度、角速度图像,该图像曲线均呈现为有规律、周期性的变化,且曲线没有出现有任何断点和突变点,运动范围相对稳定,说明该机构在运行过程中运行平稳.结论 该机构在运动过程中运行平稳,具有良好的运动学性能,在自动化包装机械领域具有广阔的应用前景.     

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.     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

空间4R球面机构作为转动副的3RPS并联机构运动学分析

目的设计一种新型3RsPS并联机构,使得机构可以输出3个转动自由度与3个移动自由度耦合的运动。方法根据机构的几何关系,在4R空间机构连杆运动学分析的基础上,建立该机构的运动学方程,使用消元法对其运动学正、逆解进行了求解。使用空间4R机构替换3RPS并联机构的转动副,使得该机构在初始位形下的结构,与3RPS并联机构等效。结果使用Matlab计算得到了运动学方程消元后方程的最高次数,从而得到了运动学正解最多的个数。该机构具有3个自由度,3个移动输出和3个转动输出耦合,机构的运动学正解最多有16个,这与3RPS最多拥有的正解数目一致。结论得到了一种新型的3RsPS机构,该机构的特征为RS副的转动轴线是在空间变化的,该机构的输出为三维移动伴随三维转动,具有此类运动模式的并联机构在不规则形状的产品分拣筛选时,具有一定应用前景。     

Study on error sensibility of 4DOF UPU parallel manipulators based on probability distribution

以具有3平动1转动的4自由度UPU机构为研究对象,分析了机构对影响其自由度特性及运动误差的各类扭角误差的敏感程度.首先,建立了机构的运动学模型,给出了可能发生的各类误差分类.以给定一定概率分布的数值误差为条件,应用数值方法对位姿正解进行了两种情况的计算和分析,即计算和分析了在误差不变的情况下机构末端操作器的位姿误差随时间的变化,以及扭角误差按照一定概率分布的前提下机构末端操作器在某一运动瞬时的位姿误差.通过分析和对比得到的数值结果和模拟图形,得出了各类扭角误差对机构运动平台影响的不同结果,按照其敏感程度,给出了源误差的大小.     

并联机构虚拟样机的构建与仿真

通过以3-TPT并联机构作为研究对象,建立该并联机构的运动学正、逆解方程,并利用LabVIEW和MATLAB软件进行运动学逆解仿真,从而得到伸缩杆杆长理论变化曲线.在ADMAS/View环境中,构建该并联机构的虚拟样机,并对其进行运动仿真,得到各杆杆长的变化曲线.通过对比伸缩杆杆长理论变化曲线,验证了运动学逆解方程的准确性.同时也说明该并联机构在空间运动时,具有良好的平稳性.除此之外,利用虚拟样机技术对并联机床运动学进行研究,避免了复杂的数学建模与推导,从而大大缩减了运动学分析工作量.     

14R并联机器人机构的位置解析和奇异性分析

分析了14R并联机器人机构的结构组成特点,根据其支链的杆长约束建立了机器人机构的运动参数方程,并推导出封闭形式的位置逆解和正解。其次,基于支链和动平台的力平衡关系得到了机器人机构的力雅克比矩阵,并采用线几何方法对机器人机构的位形奇异性进行了分析,提出了机器人机构支链奇异、平台奇异和主动副运动奇异的判别条件。最后,列举了机器人机构发生支链奇异、动平台奇异和主动副运动奇异的位形示例。研究结果有助于14R机构的参数设计、路径规划及运动控制。     

I4R并联机器人机构的位置解析和奇异性分析

分析了I4R并联机器人机构的结构组成特点,根据其支链的杆长约束建立了机器人机构的运动参数方程,并推导出封闭形式的位置逆解和正解.其次,基于支链和动平台的力平衡关系得到了机器人机构的力雅克比矩阵,并采用线几何方法对机器人机构的位形奇异性进行了分析,提出了机器人机构支链奇异、平台奇异和主动副运动奇异的判别条件.最后,列举了机器人机构发生支链奇异、动平台奇异和主动副运动奇异的位形示例.研究结果有助于14R机构的参数设计、路径规划及运动控制.     

低耦合度2PaUU–PPaP并联机构的运动学分析与多目标优化

目的 针对三平移并联机构结构复杂、耦合度高而引起的运动学分析、动力学分析、误差分析等十分烦琐的问题,提出一种低耦合度三平移空间并联机构。方法 分析得到机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑参数,建立运动学位置方程推导正、逆解的解析式并对其进行算例验证。根据计算雅可比矩阵推导出位置正解奇异、位置逆解奇异存在条件。进一步研究机构的操作空间,并得到操作空间三维形状图。此外,建立以运动灵巧度与操作空间体积为目标的数学模型,给定目标函数表达式,选择NSGA–Ⅱ算法完成具有Pareto解的多目标参数优化。结果 分析表明,搜索得到工作空间外部边界光滑,呈半球形状结构,内部不连续分布的特点。结论 在较为均衡平缓的区域选择参数的设计,能够同时兼顾体积和全局灵巧度的较佳值,以期为该类型机构在分拣、包装等应用领域提供参考。     

新型并联机器人的构型设计与运动学分析

目的针对袋装食品的抓取和装箱过程操作简单且重复性高,采用人工完成的成本过高,极易发生少装和错装的现状,设计一种以2-RPS-UPU并联机构为主体的抓取和装箱机器人,验证其是否具有良好的运动学性能。方法通过运用螺旋理论和修正的Grubler-Kutzbach公式对机构的自由度数目和类型进行分析,接着使用"闭环解析法"和"欧拉角表示法"2种方法推导该机构的运动学位置反解,采用粒子群优化算法对该机构进行位置正解算例分析。最后利用SolidWorks软件采用"驱动动静结合"的方法求解机构的工作空间。结果该机器人具有3个自由度(两转一移),驱动关节和末端执行器之间的位置及姿态关系明确,可以进行良好的线性运动,工作空间呈蜘蛛网状,范围广且形状规则对称,结构紧凑。结论该新型三自由度并联机器人能够满足袋装食品抓取和装箱时所需的运动和工作范围,其运动平稳,可靠性强。     

基于改进目标检测算法的AGV避障方法研究

目的 针对食品包装的抓取和装配,利用人工成本高且容易装错等问题,基于方位特征(POC)方程的并联机构结构综合方法,提出一种以3PUPaR并联机构为主体的抓取机器人机构。方法 计算3PUPaR并联机构的自由度、方位特征集以及耦合度等拓扑特性,验证机构具有空间纯移动的运动特性,建立机构的运动学逆解方程,基于此,采用数值法得到机构的工作空间与运动灵巧度。并研究参数尺寸大小对工作空间与全局灵巧度的影响,以全局灵巧度和工作空间为优化目标,选择具有Pareto解的NSGA-II算法完成多目标参数优化。结果 结果表明,机构具有较大且连续的工作空间。结论 该新型三自由度并联机器人能够满足食品包装的抓取和装配时运动范围。     

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。     

新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析

目的 鉴于4S闭环结构的优良运动性能,设计一种带球铰闭环的新型并联机构,并对其位置解及工作空间进行分析。方法 针对所设计的闭环并联机构,首先建立机构模型,然后用约束螺旋计算其自由度,其次基于数值法求解位置正反解,并通过相应运动算例验证其正确性,最后利用数值搜索法求解工作空间并进行分析。结果 动平台能够实现绕y轴转动、沿y方向移动和沿z方向移动的3自由度;闭环并联机构在约束参数范围内的工作空间连续稳定且没有出现空洞。结论 3条支链和4S闭环并联结构减少了过约束和奇异位型,且运动性能优良、运动空间大,在并联机床和工业机器人领域有可观的应用前景。     

Effective Form Error Assessment Using Improved Particle Swarm Optimization

This paper presents an improved variant of particle swarm optimization (MPSO) algorithm for the form error evaluation, from a set of coordinate measurement data points. In classical particle swarm optimization (PSO), new solution is updated by the existing one without really comparing which one is better. This behaviour is considered to be caused by lack in exploitation ability in the search space. The proposed algorithm generates new swarm position and fitness solution employing an improved and modified search equation. In this step, the swarm searches in proximity of the best solution of previous iteration to improve the exploitation behaviour. The particle swarm employs greedy selection procedure to choose the best candidate solution. A non-linear minimum zone objective function is formulated mathematically for each form error and consequently optimized using proposed MPSO algorithm. Five benchmark functions are used to prove the efficiency of the proposed MPSO algorithm, by comparing the proposed algorithm with established PSO and genetic algorithm. Finally, the results of the proposed MPSO algorithm are compared with previous literature and with other nature inspired algorithms on the same problem. The results validate that proposed MPSO algorithm is more efficient and accurate as compared to other conventional methods and is well suited for effective form error evaluation using CMMs.     

Inverse analysis using particle swarm optimization for detecting corrosion profile of rebar in concrete structure

In this paper, inverse analysis with the use of Particle Swarm Optimization (PSO) is developed for detecting the corrosion of reinforcing steel in concrete from a relatively small number of potential data measured on the concrete surface. PSO is a promising optimization method due to its simplicity of programming and comparable accuracy. In this proposed inverse analysis using PSO, corrosion profiles represent the location and size of reinforcing steel corrosion. In this method, candidate solution is modeled as a swarm of particles. The objective function, which is proportional to the cost function, is evaluated for the swarm of particles. This function is the difference between the calculated and measured potentials on the concrete surface. The calculated potentials on the surface of the concrete are obtained by solving the Laplace's equation by using the Boundary Element Method (BEM). The corroded and non-corroded parts of the reinforcing steel are represented by each polarization curve. Inverse analysis is carried out by minimizing the cost function using PSO. Examples of the numerical simulation were used to demonstrate the effectiveness of the proposed method. It shows that proposed inverse analysis had promising capability in detecting the corrosion profile of reinforcing steel in concrete.