Stewart衍生型并联机器人的工作空间分析

以一种新型Stewart衍生型并联机器人为研究对象,对其位置反解及工作空间进行了分析。首先,结合矢量法与旋转矩阵推导得出并联机器人位置反解的全解析表达式,并在Mathematica中构建了并联机器人虚拟样机,通过算例仿真验证了位置反解数学模型的正确性;然后,基于带杆长约束条件的全解析式位置反解,运用有限离散法,获得并联机器人在三种不同姿态下的位置工作空间和z=0 mm工作空间点云的姿态工作空间;进一步的,研究了结构参数对零姿态位置工作空间的影响趋势,总结得出适当减小并联机器人的动平台边长和增大初始杆长,能够增大位置工作空间。研究内容为Stewart衍生型并联机器人后续的奇异位形研究打下基础。     

可重构六维加速度传感器的构型奇异分析

针对六维加速度传感器在工作过程中其弹性体结构可能处于奇异位形的问题,以可重构六维加速度传感器的四种构型为例,分析了构型奇异与基座加速度之间的映射关系。首先,通过建立正向动力学方程和正向运动学方程,构建了基座加速度与质量块相对位姿之间的函数关系。接着,基于Gosselin奇异分析法,推导了弹性体结构的雅可比矩阵,并绘制了奇异曲面散点图。进一步地,分析了质量块的质量与奇异曲面之间的关系。结果表明,12-4、12-6构型可适用较大的加速度范围,而9-3、9-4构型可适用的加速度范围相对较小。研究结论及方法为六维加速度传感器的构型选择及参数优化提供了理论基础。     

基于并联机构的六维加速度传感器的反向动力学

六维加速度传感器能够测量完整的空间加速度信息，在人工智能等领域应用前景广阔。由于多输入、多输出量之间的强非线性耦合关系，该类系统的反向动力学问题至今尚未完全解决。以“12-6”、“9-3”两种并联式六维加速度传感器为例，通过引入四元数矩阵和关于四阶向量叉乘的运算规则，在相空间内重新推导并求解了反向动力学方程。据此，揭示了方程数值性态与其影响因素之间的映射规律。研究发现：不计入质量块与基座之间的相对运动参量时，方程的解算效果更优；方程的解算精度主要与弹性体的拓扑构型以及信号频率、采样频率比和采样时间有关；当采样频率小于60 kHz时，方程的解算效率满足实时性要求。结合虚功率原理和特征长度法，求解了两种构型刚度矩阵的最小特征值，找到了弹性体拓扑构型影响方程解算精度的根本原因，这为多维传感器的构型综合提供了理论指导。进一步地，针对方程中存在小扰动和大扰动时解算结果失效的问题，分别通过监测基座的转动方向交替点和构造关于输入量的协调闭链，构建了对应的误差补偿和故障修复算法。实验室条件下，两种构型实物样机的测量误差能够分别控制在5.822%和6.781%之内，且均满足实时性要求，验证了上述反向动力...     

Stewart衍生型六维加速度传感器的工作频带研究

六维加速度传感器的工作频带是一项重要的动态性能评价指标,由于目前市场上还没有能够完全满足标定要求的试验平台,这项性能的理论模型目前尚未建立。针对该现状,以一种Stewart衍生型六维加速度传感器为例,通过推导基频及其与工作频带上限之间的关系,建立了其工作频带的数学模型。首先,通过将四元数引入系统的第2类Lagrange方程,推导出动、势能函数的二次型表达式,通过矩阵迭代法求解得到具体的基频值,验算结果表明,所设计算法的迭代次数不超过19,计算误差小于0.000 1%;其次,基于正交试验理论以及ADAMS动力学仿真软件,设计了256组搜索可行工作频率的虚拟试验,结果表明,工作频带上限始终介于基频的1/35～1/32,且测量数据的不确定度仅为0.004 1;然后,运用空间模型理论研究了传感器的工作频带性能指标与结构参数的分布规律,绘制了全域性能图谱,为后续结构拓展提供参考;最后,加工制作了六维加速度传感器的实物样机,并在其工作频带内进行了试验,相对误差小于0.53%,进一步验证了频带模型的有效性和可行性。     

9-3 Stewart型并联机器人的结构设计及奇异位形分析

以一种9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,对其进行结构设计及奇异位形分析。通过设计三重复合虎克铰链,减小了运动学求解难度;通过设计可转换主、从运动的变胞移动副,实现了变拓扑驱动;基于环路方程法推导出了并联机器人的速度雅可比矩阵,并运用代数法分析了并联机器人的奇异位形,得到了并联机器人的位置奇异曲面和姿态奇异曲面。研究内容为该并联机器人后续的轨迹规划及工作空间优化奠定了理论基础。     

Stewart衍生型并联机器人的拓扑构型及结构模型

针对传统Stewart并联机器人耦合度较高导致运动学求解困难的问题,给出一种衍生拓扑构型,并详细设计了其结构模型.基于方位特征集理论,以单开链为支路单元,对机构的拓扑构型进行了剖析,计算了自由度和耦合度,结果分别为6和1;推导并验证了正向、反向运动学解析方程;为满足运动要求,发明了 一种复合铰链以及一种可以转换主、从运动的移动副;加工制造了机器人的实物样机,并校核了重要零部件的强度,同时还得出实物样机可承受的最大静态载荷约为12 000 N.上述方案及结论为六自由度并联机器人的结构优化、动力学控制奠定了理论基础.     

10支链Stewart衍生型并联机构的位置正解及工作空间

冗余驱动具有刚度大、承载能力强和运动特性好等优点,设计了10-6、10-5两类构型的10支链Stewart衍生构型,构建了一种数值法和解析法相结合的位置正解半解析算法,并分析了两类构型的工作空间.通过引入虚拟支链,两类构型可进一步衍生为同一种12支链台体型拓扑构型.推导了12支链构型的协调方程,并运用Newton-Raphson法得到虚拟支链的数值解;构建了12支链构型位置正解的全解析数学模型.运用区间分析法研究了两类构型的位置工作空间和姿态工作空间.结果表明,10-5构型的工作空间较规则,且具有良好的对称性.     

Stewart型六维加速度传感器的双支链故障自修复

六维加速度传感器能测量完整的空间加速度信息,在高端装备等领域应用前景广,但目前该类系统在大扰动下解耦机理不明确。该文以Stewart型六维加速度传感器为例,通过挖掘系统输出量间的协调关系,构建了4类双支链故障情况下的自修复算法。研究发现,算法的漏判率与预设的协调方程阈值有关。试验结果表明,引入自修复算法后,在双支链故障下六维加速度传感器的综合解耦误差降低了42%,满足实时性要求,即该算法有效、可行。