连续三轴平行机器人的避奇异规划

针对具有连续三轴平行结构的六自由度机器人,提出一种新的回避奇异的方法。通过分析机器人雅可比矩阵的结构,对雅可比矩阵进行改造;将六维的雅可比矩阵分割成两个三维雅可比矩阵。在此基础上,确定了机器人发生奇异的条件;并利用二次规划实现了机器人的避奇异;最后,通过实验验证了该算法的适用性,并与现有的最小阻尼方差等方法进行了比较,有较大的优越性。     

新型3-TPS并联机器人平行机构的约束与运动学分析

目的为完善并联机器人理论．解决并联机床产业化关键技术．方法用螺旋理论方法分析平行机构的约束特性，并计算其自由度；用空间坐标转换理论推导出平行机构的雅可比矩阵；用仿真方法分析了机构的奇异性，获得工作空间的可操作度变化范围．结果新型3-TPS并联机器人的动平台只能作沿Y、Z两轴的平动和绕Y轴的转动。平行机构有3个自由度．结论由于平行机构对并联机器人的约束，使新型3-TPS并联机器人具有3个自由度，通过雅可比矩阵和机构奇异性的推导和计算，得到平行机构在工作空间中没有奇异形位和不定形位的结论．该方法可应用于类似并联机器人的结构设计与运动学分析中．     

由支链构造并联机器人雅可比矩阵

为获得并联机器人雅可比矩阵,以移动平台上两点速度关系为基础,推导出一种由各支链机构雅可比矩阵构造并联机器人机构雅可比矩阵的表达式.该方法可用于并联机器人机构或混联机构雅可比矩阵的自动运算,乘法运算次数比排除了柔性杆件的Monsarrat和Gosselin推出的并联机器人机构雅可比矩阵形式少.通过平面5R并联机器人机构算例验证了该方法的正确性.     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

新型6-PRRS并联机器人运动学和动力学研究

利用旋量理论和指数积方法求解了6-PRRS并联机构主动关节与被动关节的位置逆解。根据该并联机构的输入输出映射关系,推导出一种基于速度投影的雅可比矩阵求解方法。提出一种解决新型6-PRRS并联机器人逆动力学问题的系统方法,采用Lagrange法建立并联机器人的刚体动力学关系,应用虚功原理最终获得动力学模型。解决了6-PRSS并联机器人一系列运动学和动力学问题,这些方法具有一定的通用性,适用于类似并联机构的分析与研究。     

Kinematics of novel 6-HTRT parallel robot

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一种四足磁吸附爬壁机器人运动学分析及仿真

为实现爬壁机器人在不同曲率的铁基壁面上可靠吸附和自由运动,设计了一种能够全方位运动的四足磁吸附爬壁机器人。首先运用修正的Grübler-Kutzbach(G-K)公式对机器人进行了自由度分析。然后采用D-H法建立了机器人行走腿的连杆坐标系,分析了行走腿的正逆运动学。接着将机器人视为并联机构,分析了运载平台的正逆运动学,给出了逆运动学的解析解,并使用了一种基于牛顿法的求解含有冗余方程的数值算法得到了正运动学的数值解,建立了完整的机器人运动学数学模型。为了验证所建数学模型的正确性,使用Matlab根据所建数学模型编写计算程序,在Matlab和Adams中分别做了相同的正逆运动学仿真进行对比验证。最后使用螺旋理论得到了机器人的雅克比矩阵,结合Grassmann线几何理论分析了机器人的正逆运动学奇异位形,并验证了非冗余驱动时的一种正运动学奇异位形,给出了避免奇异性发生的方法。自由度分析结果表明运载平台具有六个自由度,能够完成空间全方位运动,机器人的结构设计合理;Matlab和Adams的仿真结果一致并且正逆运动学能够相互验证,说明了所建的数学模型的正确性,为机器人的运动控制、轨迹规划提供了理论基础;奇异性分析得出了机器人的奇异位形,为避免机构奇异性的发生提供了方向,利用逆运动学奇异性实现了无功耗静止。     

3-TPT并联机构运动性能研究

以3-TPT并联机构作为研究对象,建立该机构的运动学正、反解方程,求出该机构的雅可比矩阵及其逆矩阵,并在此基础上运用MATLAB软件和LabVIEW软件对该机床的奇异性、灵,5性和平稳性性进行仿真分析。仿真结果表明：3-TPT并联机构不存在奇异位形,并且拥有较好的灵巧性和平稳性,这为并联机构的最优化设计及控制系统设计提供了理论基础,并为确定工作形位和机构尺寸提供了设计依据。     

Stewanrt平台的运动奇异性与力奇异性研究

Stewart平台运动时,平台可能发生运动奇异性和力奇异性。通过对平台运动方程Jacobian矩阵和力平衡方程Jacobian矩阵的分析,给出了两Jacobian矩阵的元素、行列式和条件数之间的联系,并对比了两种奇异面方程。数学分析与实例说明,Stewart平台的运动学第三类奇异性与力的奇展示性同时发生。     

冗余度机器人在一般限制条件下的最优轨迹规划

在讨论冗余度机器人的最优轨迹规划过程中，提出了扩展雅可比矩阵法。将雅可比矩阵和限制条件函数对各关节位置的导数阵联合起来，构成扩展雅可比方阵。讨论了扩展雅可比矩阵的逆，得到了一般限制条件下的最优解与最小范数解的关系，并用此关系进行最优轨迹规划。     

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.     

空间转动型3-SPS/S并联机器人的构型设计分析

根据盾构管片安装机器人拼装隧道管片时位姿调整的需要,运用系统枚举法构造了空间纯转动型3-SPS/S并联机构作为管片安装机器人的位姿调整机构,在对该机构进行位置、速度求解的基础上建立了机构的雅可比矩阵,提出并采用可操作度指标对机构的运动特性进行了分析研究。结果表明,该三维转动型并联机构能够实现管片姿态调整的运动要求,具有良好的可操纵性。     

用分离空间法解决冗余度机器人的最优规划

通过对冗余度机器人运动学的研究，提出了用分离空间法解决冗余度机器人的最优规划问题。将雅可比矩阵分为基本部分和次要部分，相应地描述机器人运动状态的物理量也分成两部分。在此基础上进行轨迹规划，回避对雅比矩阵伪逆的直接求解。     

并联机器人的奇异形位分析

讨论了并联机器人奇异形位的特点和分析方法,利用plucker坐标矩阵法对DELTA机器人的奇异形位进行了分析,提出了对并联机构进行受力分析来确定奇异形位的简便方法。     

Bifurcation property and persistence of configurations for parallel mechanisms

When a serial of kinematics parameters of the parallel manipulator is given, several configu-rations can be obtained[1]. Special parameters may lead two or more of them to become a uniform configuration. For convenience, we call the position where there exists uniform configuration bifurcation position of configuration. When the given configuration moves to the bifurcation position, it may have two moving trends: keeping its original configuration or changing into a new one. We call the former…     

机构影响系数和并联机器人雅克比矩阵的研究

基于刚体运动学的原理，对机构影响系数进行了研究，用运动坐标系和拟牵连速度的概念给出了机构速度影响系数求解公式，揭示了机构影响系数的物理意义，明确地论证了机构速度影响系数只与机构瞬时位姿有关而与机构的真实速度无关的结论。并将该方法用于并联机器人的运动学研究，由此而给出了求解并联机器人的雅克比矩阵的方法。     

Type Synthesis of fully-Decoupled 2T2R Parallel Mechanisms Based on Driven-Chain Principle

Based on the screw theory and the driven-chain principle, a methodology of structural synthesis for fully-decoupled two-translational (2T) and two-rotational (2R) parallel mechanism is proposed by analyzing the characteristics of the input-output relations for fully-decoupled parallel mechanisms. Firstly, according to the desired kinematic characteristics of fully-decoupled parallel mechanisms, a method is proposed by virtue of screw theory to synthesize the desired forms for both the direct and the inverse Jacobian matrices. Secondly, according to the feature of the direct and the inverse Jacobian matrices, the effective screws, the actuated screws and the mobile un-actuated screws of each leg are established based on the reciprocal screw theory and all possible topology structures fulfilling the requirements are obtained. Finally, the desired fully-decoupled parallel mechanisms can be synthesized by using the structural synthesis rule and structural synthesis of fully-decoupled 2T2R parallel mechanisms can be obtained exploiting the abovementioned methodology. In particular, the direct Jacobian matrix of each synthesized fully-decoupled 2T2R parallel mechanism is a non-zero diagonal matrix throughout the entire workspace. Motors are mounted on each leg and each one of them actuates one degree-of-freedom (DoF) of the fully-decoupled parallel mechanism through a one-to-one velocity relation.     

Calibration of parallel kinematics machine using generalized distance error model

This paper focus on the accuracy enhancement of parallel kinematics machine through kinematics calibration. In the calibration processing, well-structured identification Jacobian matrix construction and end-effector position and orientation measurement are two main difficulties. In this paper, the identification Jacobian matrix is constructed easily by numerical calculation utilizing the unit virtual velocity method. The generalized distance errors model is presented for avoiding measuring the position and orientation directly which is difficult to be measured. At last, a measurement tool is given for acquiring the data points in the calibration processing. Experimental studies confirmed the effectiveness of method. It is also shown in the paper that the proposed approach can be applied to other typed parallel manipulators.     

基于旋量理论的Stanford臂的运动学分析

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H方法更加简化.以一种常见的开链机器人Stanford臂为例,利用运动旋量和指数积等数学工具建立了运动学方程,求出了雅可比矩阵,为建立其动力学方程、控制方法及运动规划做了必要的准备.     

4TPS-PS并联四自由度电动平台的受力特性研究

针对稳定跟踪系统需求,建立4TPS-PS并联四自由度平台运动学模型,推导雅克比矩阵,对平台运动情况下的受力进行分析,推导出平台输出力与各作动缸驱动力之间的关系式,与没有从动支链的3-RPS并联机构的力学特性进行比较,分析4TPS-PS并联机构的受力特点,表明4TPS-PS结构是并联型稳定跟踪平台的理想选择.对实验室样机在工作空间内受力情况进行仿真计算,分析从动支链受力与平台结构参数的关系,为优化设计和运动控制提供依据.