基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间.从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响.建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数.与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间.     

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。     

一种柔索并联机构工作空间求解策略

针对柔索并联机构中的工作空间求解问题,提出了通过判断柔索在动平台姿态变化前后与平面之间的位置符号是否改变的办法来判断柔索之间的干涉情况,简化了柔索之间的干涉分析算法;同时,通过对动平台的几何简化算法,使得在工作空间求解过程中可以兼顾动平台的复杂外形。由于同时考虑了柔索之间以及柔索与动平台之间的干涉,本文的求解策略可以得到更加有效的工作空间解。     

6-UPS并联机器人奇异姿态空间分析

对并联机器人的工作空间和奇异位形进行分析。采用分支杆许用驱动力作为并联机构奇异空间边界的判断依据,提出临界奇异和奇异空间的概念。在给出一种姿态空间描述方法的基础上,提出了一种姿态工作空间和奇异姿态空间的求解算法。通过计算机仿真,得到了6-UPS并联机器人的姿态工作空间和奇异姿态空间的可视化图形描述。     

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。     

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。     

冗余并联柔索机构轨迹跟踪控制的研究

基于影响系数法对冗余并联柔索机构进行了运动学分析,验证了动平台的姿态参数欧拉角对时间的1阶、2阶导数不能表示动平台的角速度和角加速度.考虑电绞盘的动力学特性建立了动力学方程,获得了奇异摄动模型,并进行了圆轨迹跟踪控制仿真分析.采用常值重力及内张力补偿设计了控制系统调节器,基于电机转角位置反馈分析了该控制系统PD调节器的误差,验证了该控制系统的稳定性,为冗余并联柔索机构控制系统的设计提供了理论依据.     

基于内张力补偿的并联柔索机构控制系统的研究

在并联柔索机器人的控制方法的研究中,大多忽略柔索的弹性,而实际上柔索弹性对控制系统性能影响较大,尤其是并联柔索驱动机构。因此建立了应用于风洞试验的并联柔索机构的动力学模型,进行了控制系统分析与设计。提出了采用常值重力及内张力补偿设计冗余并联柔索机构控制系统调节器的算法,实现了动平台点到点的位置控制,基于电机转角位置反馈分析了该控制系统PD调节器的误差,验证了该控制系统的稳定性,为冗余并联柔索机构控制系统的分析与设计提供了理论依据。     

刚柔复合驱动并联喷涂机器人机构设计与工作空间分析

大型装备空间尺度大,表面形状复杂,其表面自动化喷涂作业受到多因素限制。面向大型装备的表面喷涂作业,设计了一种由柔索及电动推杆复合驱动的并联喷涂机器人,其主要由双平台复合式末端执行器、柔索驱动模组及机器人整体框架等组成,具备工作空间大、末端灵活度较高的特点,并基于驱动索的锚接形式变化提出了不同构型。其次,分析并联喷涂机器人运动学及静力学,计算不同构型下并联喷涂机器人零姿态力封闭可行空间及力螺旋可行空间,并基于张力限制条件对并联喷涂机器人的定位置姿态空间及全局姿态空间进行了分析,考虑工作空间体积与姿态空间体积比等性能指标并综合实际工况展开构型选取。最后,搭建并联喷涂机器人实验平台,面向预设喷涂对象开展运动实验,结果验证了机构的合理性,表明该并联喷涂机器人具备较大尺度下的多姿态灵活作业能力。     

典型空间轨迹的张力优化算法研究

由于柔索驱动并联机构的驱动冗余性,使柔索张力求解的复杂性成为了系统的重要指标。首先建立柔索驱动并联机器人模型,同时对其进行静力学分析.其次,在一般线性规划算法的基础上,研究了两种张力优化算法并完成算法仿真.最后,以4柔索3自由度柔索驱动并联机器人为例,通过MATLAB平台实现该机器人在典型空间轨迹下的动态仿真,对比分析1-范数法和新型算法的仿真结果,观察动态柔索的张力分布变化,验证新型张力优化算法的高效性和正确性。