三自由度并联机构(3SPS-3SRR)的运动学分析

针对一种3SPS-3SRR并联机构,运用符号法对该机构进行位置分析及运动学分析建模。构建动、静坐标系,通过矩阵转换对机构建立约束方程,运用sylvester消元方法进行消元得到机构单变元输入输出方程,求得机构位姿的封闭解;在此基础上,对机构建立运动学分析模型,得到了与机构运动相分离的Jacobian、Hessian矩阵,并通过此运动模型可以得到机构输出端任意点的速度及加速度。最后进行实例求解,验证本位置、运动学模型的正确性并通过matlab符号运算及绘图功能得到机构末端执行器的位姿、速度及加速度曲线。得出该求解模型准确、高效,该机构运动特性平滑的结论。     

三自由度并联机构的位置及工作空间分析

提出了一种面向重工业的三自由度并联机构(3RPS-3UPS)。对其机构进行分析,基于符号法建立了机构位置分析的数学模型。利用齐次位姿变换建立机构运动约束方程并应用结式消元法求得位置正解的封闭解。通过分析求得工作空间的边界条件,并结合位置分析进行工作空间分析的推导。最后应用MATLAB软件编程,结合实例进行位置正解以及工作空间计算,验证了该机构的位置正解方法与工作空间分析方法的有效性,为该机构的速度、加速度分析与动力学分析奠定了基础,并为机构的参数优化提供了理论依据。     

3-PCR并联机构精度分析

首先,对3-PCR并联机器人机构进行建模,基于微分原理,通过求解3-PCR并联机构的位置微分方程,得到了机构的精度分析模型。然后,使用MATLAB仿真来分析各主要误差源对该机构动平台精度的影响(主要误差源有主动副转动误差、结构参数误差和位姿变化引起的误差)。最后,通过以上分析对3-PCR并联机器人机构的实际误差补偿与控制奠定了理论基础。     

4自由度可调空间并联机构的位置分析

为扩大空间并联机构的工作空间,使其能够适用于不同的工作环境及工况,提出一种基于可调思想的空间4自由度并联机构,通过加入可调圆柱副、可调移动副等方式使得该机构能针对复杂环境多工况可调,具有更大的工作空间,提升了此机构的实用价值;在此基础上,为了能够快速地求解得到该机构位置分析解,首先构建动、静坐标系,其次对该机构建立位置分析通用模型,通过矩阵转换对机构建立约束方程。同时引入可调坐标系,通过Sylvester消元法、符号算法的运用快速得到了机构的单变元8次输入输出方程,降低了位置约束方程的求解难度,得出其位置分析解,最后验证了结果的正确性,得出该求解模型准确、高效的结论。     

可调球面三自由度并联机构的位置分析与动态仿真

基于Groebner基法和计算机符号处理技术对可调球面三自由度并联机构的位置进行了符号求解.该法通过对变量排序、建立多项式对的集合、求SP多项式和约简等运算,将非线性方程组化简为等价的三角化方程组,得到了封闭形式的解析解.在此基础上,研究了调节构件几何参数对欧拉角的变化规律,并应用Pro/E软件建立了机构动态仿真模型,进行了运动学和动力学仿真分析.     

3-PSR并联机构运动学和动力学分析

建立3-PSR并联机构的约束方程,求解3-PSR并联机构的运动学正逆解。在此基础上,求解3-PSR机构的速度雅可比矩阵以进行动力学分析。采用凯恩法建立动力学模型,以动平台位姿为参数,对机构各构件进行受力分析,并转化为3个驱动滑块的等效驱动力。通过对比MATLAB和ADAMS仿真结果,总结了该机构的基本动力学性能。研究结果为研究该机构的工作空间、功率优化等提供了参考。     

基于符号运算的3-PRS并联机器人速度运动学分析

在3-PRS并联机器人设计与控制过程中,求解其输入与末端位姿之间速度及加速度的传递关系是工作重点,但该解析表达式比较复杂。通过直接采用对时间求导数的方法,得到3-PRS并联机器人速度运动学的解析表达式。针对推导复杂的问题,利用MATLAB提供的符号推导函数,直接求得输入输出间速度与加速度关系表达式中矩阵的解析表达式;用替换函数将变量替换为具体的数值得到最终的数值解。给出了具体计算程序,最后用算例验证了该方法的可行性及程序的有效性。结果表明：采用MATLAB的符号推导功能,可以方便地用解析法及数值法对3-PRS的速度运动学进行研究。     

3-SPT-S并联机构运动学性能指标分析

以3-SPT-S并联机构为研究对象,对机构进行位置分析,建立机构运动学模型和数学模型,推导出机构的雅可比矩阵和Hessian矩阵,并求解出局部速度灵巧度性能指标和加速度灵巧度性能指标。利用数学软件MATLAB绘制了局部性能指标的图谱,分析机构处于不同位姿下,性能指标的变化规律。     

基于随机概率的并联机构运动可靠性分析

针对3UPS-PU并联机构进行运动学分析。运用齐次坐标变换理论推导出其运动学逆解方程。在此基础上,对其进行微分变换得到位姿输出误差正解模型。然后应用随机概率模拟该机构在不确定因素下,观测其位姿输出误差的变化情况。基于数理统计和机构的许用精度范围求解该机构的运动可靠度。结果表明,该机构在正常工作的条件下能够运行可靠、平稳。     

基于灵巧度3-RCR并联机器人机构的结构参数优化

对新型三平移3-RCR并联机构的位置解、雅克比条件数进行了求解分析;基于3-RCR并联机构的全域条件数,以灵巧度作为优化目标,利用遗传算法对其结构参数进行优化研究,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的灵巧度图谱,为该类并联机构的进一步研究和应用提供了参考.     

3 RPRR空间并联机构的自由度及位置分析

根据约束螺旋理论分析3-RPRR空间并联机构各分支的运动螺旋和约束螺旋,确定了该机构只有3个纯移动自由度,并对其输入原件选取的合理性进行了判断。通过D-H法建立各分支连杆坐标系,建立机构的位置方程。最后,利用同伦算法,对该并联机构位置方程进行正解的数值求解。     

几种三自由度并联机构的位置正解方法

以3-RPS和3-RRR两种典型三自由度并联机构为例,对开放式三自由度并联机构综合实验台拼接的三自由度并联机构的位置正解的方法进行了探讨,采用在平台上建立固定坐标系和运动坐标系,然后根据结构特点列写约束方程的方法,得出其位置正解的方程组。     

具有符号式位置正解的2T1R并联机构的运动学分析与尺度综合

基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计一种零耦合度且具有符号式位置正解的两平移一转动并联机器人机构,分析计算机构的方位特征集、自由度以及耦合度等拓扑特性。利用机构支链运动副布置的特点建立运动学方程,计算出正运动学和逆运动学的位置解析式,通过一组算例验证计算结果可靠性。研究机构的奇异性并给出正解奇异和逆解奇异的产生条件。分析机构的工作空间,以给定的工作空间作为约束条件,建立实际工作空间最小化的优化目标,选择天牛群优化算法优化得到满足给定的工作空间且使实际工作空间最小的设计结构参数最优解。结果表明：机构具有符号式的位置正解,且工作空间形状规则,呈对称分布、边界光滑。     

基于Kane方程的3UPS/S并联机构动力学研究

为了分析3UPS/S并联机构在并联转台中的动力学特性,采用Kane法建立该并联机构的动力学模型.选择一条具有代表性的运动轨迹,对支链的驱动力以及中央立柱对动平台的约束力进行仿真分析;给出了可以对动力学模型进行简化的方法,分析模型简化后对驱动力的影响.结果表明:3个支链驱动力的最大值基本相同,中央立柱的约束力中z向约束力最大,这是因为中央立柱在平衡驱动力的同时,还要对动平台起支撑作用.该研究工作为3UPS/S并联机构支链驱动系统的选取提供了参考,也为中央立柱的结构参数设计提供了理论依据.     

低耦合度PRPaR-2CPR并联机器人机构设计与运动学分析

提出一种支链含平行四边形结构的新型PRPaR-2CPR并联机器人机构，机构由1条PRPaR支链和2条CPR支链构成，具有结构简单、耦合度低、刚度高特点。基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法，对自由度和运动性质进行分析计算，利用杆长约束条件建立运动学方程，计算得到逆解表达式，同时得到正解数值解。另外，根据雅克比矩阵分析出奇位性存在条件，通过位置逆解表达式，运用极限边界搜索法分别得到工作空间和运动灵巧度性能图谱，绘制相应性能图谱加以分析，期望在有限的操作空间范围内获得更好的运动灵活性性能。以任务工作空间内的全局灵巧度作为优化目标，选择遗传优化算法进行结构参数的优化设计。优化后的任务工作空间内灵巧度性能得到极大的改善，使此并联机构运动性能得到改善。     

3UPU并联机构的运动学分析与结构参数优化

以3UPU并联机构为研究对象,运用Solidwork建立机构的三维模型,根据方位特征集理论对机构的方位特征集、自由度、耦合度进行分析;同时求解机构的运动学逆解;采用一种新型数值分析法分析机构的工作空间;基于果蝇优化算法(FOA)对3UPU并联机构结构参数进行优化。结果表明:3UPU并联机构具有较大的工作空间且工作空间存在空洞。优化后的参数为后期样机研制、轨迹规划提供了依据。     

Identification of strut and assembly errors of a 3-PRS serial–parallel machine tool

In a serial–parallel type machine tool, the parallel spindle platform plays the key role in manipulating three directions of movement. Spatial symmetry of the 3-PRS loops is essential to the machine’s systematic accuracy. Currently, however, there is no effective instrument capable of measuring the symmetrical errors of the corresponding joints and strut lengths during structure assembly. In this study, an experimental method is proposed to identify the mechanism symmetric errors of a 3-PRS serial–parallel machine tool during the test run. It is based on the differentiation of the inverse kinematics equations. The mechanism errors could be derived by an identification model. With the aid of a developed 3D laser ball bar to detect the spatial position and orientation of the spindle platform, and three laser Doppler scales to measure three sliders’ positions simultaneously, the length errors of three struts and the symmetrical errors of the R-joints and S-joints can be identified by the optimization technique. This technique can help shop floor engineers to tune the symmetrical errors of the 3-PRS mechanism during machine assembly.     

基于改进型迭代神经网络的三自由度并联机构位置正解分析

针对模拟船舶在海上运动的摇摆姿态及重载的要求,根据并联机器人机构综合理论,提出运用4SPS-1S结构的并联机构实现模拟船舶在重载情况下的摇摆运动。通过对该机构的运动学分析,推导出三自由度并联机构位置逆解的解析表达式。考虑到位置正解的解析解难以求出,运用一种改进型、高效率的迭代神经网络对其位置正解模型进行求解,最后借助Matlab软件对位置正解模型进行了仿真研究。研究结果表明:该改进型迭代BP神经网络不但性能上优于普通的BP神经网络和误差补偿函数为f(ε)=ε的迭代BP神经网络,且所建立的位置正解模型可以满足实时控制要求。