一种3-PRS并联机构正向运动学求解方法

并联机构正向运动学求解复杂、存在多解,是研究的热点和难点。提出用D-H法和图形可视化相结合的方法对3-PRS并联机构进行正向运动学求解的方法。首先,对机构中的球铰做等效转换,运用D-H法对支链进行运动学分析,推导出3-PRS并联机构的正向运动学方程;然后,采用迭代法得到16组正向运动学方程的解,通过可视化编程,直观地得到3-PRS并联机构的位形,即得到并联机构的运动学正解。结果表明,所得到的一组运动学正解与实际结构的位形相符。该方法有效、正确,并适用于求解其他类型的并联机构正向运动学。     

基于Lagrange方法的3-PRS并联机构动力学分析

以一种3-PRS并联机器人为研究对象,建立动力学方程。首先,推导此种并联机器人动平台的6个参数之间的关系。然后,通过Lagrange方程推导出此3-PRS并联机器人的动力学模型,并分析此并联机器人的动力学特性。通过算例,讨论了此并联机器人等效质量、驱动力的变化规律。结果表明,机构位形对等效质量和驱动力的影响很大,驱动力对等效质量的变化很敏感。此研究对进一步分析此类3-PRS并联机器人的动态特性、优化机构设计及控制系统提供了有益指导。     

3-(P-)RS并联机构主轴的运动学研究与仿真

建立了3-PRS并联机构主轴的结构模型，通过运动学分析导出其运动学模型，并讨论了运用OpenGL图形库对主轴进行几何建模和运动学仿真。     

[PP]S类并联机构无伴随运动的结构条件

[PP]S类并联机构包括3-PRS、3-RPS、3-RRS和3-PPS四种构型,可实现1移动自由度和2转动自由度,具有广泛的应用前景.伴随运动是[PP]S类并联机构动平台在非独立自由度上发生的运动,是影响[PP]S类并联机构实际应用的关键问题.建立一般3-PRS并联机构伴随运动运动学模型,揭示出一般3-PRS并联机构各项几何结构参数与伴随运动的内在联系,证明3-PRS并联机构无伴随运动所必须满足的结构充要条件,根据这一结构条件可构建无伴随运动的3-PRS并联机构.指出无伴随运动的3-PRS并联机构中存在的局部自由度,给出考虑这一局部自由度的驱动选取方案,对无伴随运动的3-PRS并联机构进行自由度分析,并确定该类机构的2转动自由度的连续转轴.这一结构充要条件适用于全部[PP]S类并联机构.     

3-PRS并联机构工作空间求解的SimMechanics实现

3-PRS空间并联机构是2R1T的3自由度机构,由于该空间机构运动的复杂性,故对其工作空间的研究意义重大。以3-PRS并联机构的逆运动学为基础,运用Matlab中的Sim Mechanics功能模块绘制其结构框图,建立该机构的三维实体模型;然后利用数值实例根据滑杆的行程限制条件以及球面副和转动副的转角约束条件采用运动仿真法编程得出了3-PRS并联机构的工作空间。结果表明,该机构的工作空间具有对称性,且内部无空洞,为3-PRS并联机构进一步研究优化设计、控制研究等奠定了一定的理论基础。     

基于Isight平台NSGA-Ⅱ方法的3-PRS并联机构多目标优化

把Isight软件运用到3-PRS并联机构的多目标参数优化中,分析并建立3-PRS并联机构的工作空间、灵巧度、刚度和承载能力的指标。采用蒙特卡洛方法对多目标指标函数进行编程求解,以Isight软件为平台,集成Matlab软件,构建多目标优化基本流程,用Isight软件中封装的NSGA-Ⅱ方法对3-PRS并联机构的五个目标函数进行优化。得到分布性良好的Pareto解集及Pareto前沿,目标指标得以分析,并得出参数与目标之间变化规律。可根据优化信息,在Pareto解集中选取适合实际工况的最优解,最后给出优化算例。     

主动过约束并联机构6PUS+UPU力位混合控制

为了解决主动过约束并联机构驱动协调性问题,提出一种基于动力学的力位混合控制策略。以6PUS+UPU并联机构为研究对象,基于运动学分析的基础,利用虚功原理推导了机构整体动力学模型与单分支动力学模型,进而得到机构期望内力;以机构内力和运动精度为控制目标,在力位混合驱动的基础上提出一种基于动力学的力位混合控制策略;以6PUS+UPU机构样机为对象进行控制实验,并对实验结果进行了分析。实验结果显示,所提力位混合控制策略可以提高对主动过约束并联机构内力的控制精度,改善各分支驱动协调性,并能在一定程度上提高机构运动精度。     

3-PRS并联机器人概念设计与运动特性研究

提出一类拓扑构型为3-PRS的少自由度并联机器人的概念设计方案。基于旋量理论,研究了所提3-PRS并联机器人的自由度。计算结果表明,所提3-PRS并联机器人为一类具有1移动2转动(1T2R)运动能力的3自由度并联装置。在自由度分析的基础上,进一步构建了3-PRS并联机器人的运动学模型。通过求解闭环矢量运动方程,给出了该类并联机器人的运动学逆解的解析表达。基于所求的运动逆解,构建了考虑机器人几何约束的可达工作空间搜索流程,并据此给出了3-PRS并联机器人的可达工作空间映射。最后,通过参数灵敏度分析,揭示了3-PRS并联机器人主要尺度参数对其可达工作空间的影响规律。研究结果表明,3-PRS并联机器人各尺度参数对其可达工作空间的影响程度不尽一致,在进行机器人尺度综合时,应重点关注动平台半径的影响。     

3-PRS并联机构误差分析及补偿研究

并联机构由于其自身结构的特点,正引起人们越来越多地关注。本文针对3-PRS并联机构进行了研究,在对机构进行运动学分析的基础上,考虑引起系统位置误差的因素,对并联机构进行了误差补偿。实验结果表明,经过补偿后,机构的精度得到了很大的提高,补偿方法具有实用价值。     

三自由度3-PRS并联机构的运动学解析

对于并联机构位置正解极其复杂的求解特点,在求得3-PRS并联机构的位置逆解的基础之上,采用转化求解对象法对其位置正解进行了解析,并应用D'Alembert原理求解了被动关节的速度和加速度,避免了空间机构直接求导法的复杂性。通过对3-PRS并联机构进行实例分析,结果表明,转化求解对象法求解并联机构位置正解的方法简单而有效。同时指出了3-PRS并联机构中除3个主运动之外,还存在派生运动,该运动在3-PRS并联机构的实际应用中必须予以考虑。     

特殊3-PRS并联机器人运动分析

建立了 P副平行于固定平台法线的 3- PRS并联机器人的运动反解数学模型。分析了当给定运动平台中心法线与固定平台中心法线之间夹角 ,并使运动平台法线绕固定平台中心法线旋转时 ,运动平台中心以及中心法线上一点的运动轨迹。分析表明 ,该 3- PRS并联机器人只能部分满足特定的运动规律要求     

A 3-prismatic-revolute-spherical compliant parallel platform for optoelectronic packaging

To align the optical channels of optoelectronic appliances, a 3-prismatic-revolute-spherical (3-PRS) compliant parallel platform (CPP) is proposed in this work. The platform has special large stroke compliant joints. Attention is paid to the establishment of the inverse kinematics model and the analysis of the parasitic motion (PM) of the platform. A prototype of the platform is also presented, and its accuracy is experimentally evaluated. Besides, the platform is employed as a 3 degree-of-freedom (DOF) platform for optoelectronic packaging. Furthermore, the closed-loop control strategy requires merely one optical power meter to avoid the use of complex multiple DOF detection devices. In this respect, the influence of the precision of inverse kinematics solution on the optoelectronic packaging is reduced. Moreover, a compensation rule is employed to minimize the effect of PM on the motion accuracy of the platform. The results show that the proposed 3-PRS CPP is highly efficient for optoelectronic packaging.

     

Dimensional synthesis for 3-PRS mechanism based on identifiability performance

Many performance indices for parallel mechanism are put forward in the phase of dimensional synthesis,except for identifiability index,which determines the difficulty of kinematical calibration.If the ...     

基于ADAMS的平动机构运动轨迹的规划与验证

应用ADAMS虚拟样机软件创建了一种三自由度平动并联机构的模型,利用矢量法求解了这个机构的运动反解.预设该机构的末端执行器的运动轨迹,经过逆向仿真,得出主动臂的转角变化数据曲线.再应用ADAMS软件的后处理模块将数据曲线转化成样条曲线,利用样条插值函数将样条曲线转化成可输入的数据函数.当在机构主动臂上输入数据函数转角,末端执行器就会按照预设的轨迹运动.同时进行了正向仿真,得到末端执行器的运行轨迹与预设的运行轨迹基本一致.轨迹规划代替了大量的位置正反解运算,解决了理论求解多解取舍问题.在设计末端执行器的运行轨迹和对其它并联机构的运动分析时有借鉴意义.     

ADAMS在并联机构运动学分析中的应用

针对并联机构的运动学分析计算,以3-UPS/UP型并联机构为例,介绍了应用动力学仿真分析软件ADAMS对其进行运动学仿真的方法与步骤。采用三维CAD软件Inventor建立了几何模型,以Parasolid格式导入ADAMS环境,对几何模型施加约束与激励,建立了并联机构的虚拟样机模型。并对模型进行了逆向与正向运动学仿真,快速准确地求得了并联机构的运动学反解与正解,大大简化了计算过程,为并联机构的运动学分析及机构设计提供了借鉴。     

一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型,并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计,然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析;采用齐次变换法,建立该机构位置正反解表达式,得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系,并进行有限元软件的加载试验,验证正、反解结果;根据设计原理,得出该精密平台的原理误差,计算出功能方向与非功能方向的位移误差,同时对比输出位移和误差大小,用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦,结构紧凑,控制方便的特点,具有较好的应用前景。     

2-CRR/PSS并联机器人机构的运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,机构的运动学模型为该机构作进一步的运动学动力学分析及优化设计研究打下基础,并为系统控制提供理论依据。     

Method for six-legged robot stepping on obstacles by indirect force estimation

Adaptive gaits for legged robots often requires force sensors installed on foot-tips, however impact, temperature or humidity can affect or even damage those sensors. Efforts have been made to realize indirect force estimation on the legged robots using leg structures based on planar mechanisms. Robot Octopus III is a six-legged robot using spatial parallel mechanism(UP-2UPS) legs. This paper proposed a novel method to realize indirect force estimation on walking robot based on a spatial parallel mechanism. The direct kinematics model and the inverse kinematics model are established. The force Jacobian matrix is derived based on the kinematics model. Thus, the indirect force estimation model is established. Then, the relation between the output torques of the three motors installed on one leg to the external force exerted on the foot tip is described. Furthermore, an adaptive tripod static gait is designed. The robot alters its leg trajectory to step on obstacles by using the proposed adaptive gait. Both the indirect force estimation model and the adaptive gait are implemented and optimized in a real time control system. An experiment is carried out to validate the indirect force estimation model. The adaptive gait is tested in another experiment. Experiment results show that the robot can successfully step on a 0.2 m-high obstacle. This paper proposes a novel method to overcome obstacles for the six-legged robot using spatial parallel mechanism legs and to avoid installing the electric force sensors in harsh environment of the robot’s foot tips.