一种新型空间3自由度并联机构的正反解及工作空间分析

提出一种新型空间3自由度并联机器人机构,该机器人机构的动平台相对于定平台具有空间2个移动、1个转动自由度,建立了其运动学正反解的封闭形式,并对其工作空间进行了系统的分析和研究。该新型并联机器人机构在工业机器人、微动机器人、少自由度飞行模拟器和并联机床等领域具有广泛的应用。     

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-R11R11R-4r三平移解耦并联机构位置计算及样机研制

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理，设计并研制了一种全由转动副组成的动平台能实现空间三维纯移动的解耦并联机器人机构，给出了其位置分析的正、逆解析解，为其工作空间分析、误差分析等奠定了基础。     

[PP]S类并联机器人机构姿态描述方法

具有至少两个转动自由度的空间并联机器人机构的姿态描述是机构运动学分析的一个重要内容,描述方法对机构性能分析起着重要作用。[PP]S类并联机器人机构(连接动平台的三个球铰链始终在固定的平面内作平面运动的并联机器人机构)的动平台具有一个移动和两个转动自由度,是并联机器人机构的重要分支之一,位姿描述也是国内外研究的重点。介绍一种用两个角度描述 [PP]S类并联机器人机构姿态的方法,采用该姿态描述方法,[PP]S类并联机器人机构的位姿描述参数可以减少到5个,而且没有绕垂直于动平台平面的轴线的转动伴随运动,减小了此类并联机器人机构运动学分析的难度。与采用3个欧拉角的姿态描述方法相比,这种方法具有运动学描述简单以及伴随运动和姿态工作空间描述方便等优点,符合工程应用需要,是值得推广的一种姿态描述方法     

基于一种1T2R并联机构的转动能力分析方法

并联机构的工作空间与转动能力是评价并联机构工作能力的重要指标,目前对于并联机构大多数是在耦合状态下研究机构转动能力。以三自由度2-SPS/PRR并联机构为例,分别对并联机构耦合状态与解耦状态下的转动能力进行分析。基于方位特征集理论对机构进行方位特征集分析,基于封闭式量法对机构进行运动学分析,求解机构位置逆解;基于并联机构运动学逆解,使用极限边界搜索法分别对耦合状态和解耦状态下的转动能力进行分析,并将二者进行对比从而实现相互转换。提出在耦合状态下求解工作空间中某点转动能力的新方法。     

5自由度并联机器人位姿与工作空间特性分析

针对串联机器人应用于恒力磨削加工行业存在刚度小、累计误差大、高速重载受限等问题,提出了一种由4组相同的UPS驱动支链和1个PPS约束支链构成的5自由度并联机器人(4-UPS/PPS),实现了机器人的两维平面移动和三维空间转动.通过D-H参数法分析了机器人X方向约束自由度,根据机器人运动学逆解方程确定动平台位姿与驱动分支间映射关系;建立了机器人工作空间约束方程及目标函数方程,解析刀具末端空间位姿,绘制空间散点图和三维图;利用Adams仿真软件,对比数值解与仿真解分析曲线可知,机器人驱动分支整体运行平稳且理论分析正确.为并联机器人实际运用于恒力磨削加工领域提供了理论与技术基础.     

一种新型6-PTS并联机器人工作空间分析

工作空间是评价并联机器人工作性能的重要指标.以一种由Stewart平台演绎而来的正交6-PTS并联机器人为研究对象,介绍了其机构特点.基于运动学逆解,分析了各分支间的干涉约束、运动副的转角约束和杆长约束,运用搜索法得到其不同高度截面的工作空间图以及三维定姿态工作空间图.工作空间的研究为此类并联机器人的应用与设计提供了直接依据.     

3自由度并联机器人的运动学与动力学分析

对一种空间 3 自由度并联机器人(3-RRS 并联机器人)进行运动学和动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一球面副的支链组成.完全描述此并联机器人动平台的位置和姿态需要6个变量,即平台上一参考点的3个位移和3个转角.由于此并联机器人拥有2个转动自由度和1个移动自由度,所以,在动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的.首先,推导此种并联机器人动平台的6个位姿参数之间的约束关系,给出这些变量之间的解析表达式.然后,基于Lagrange方程建立此并联机器人的动力学模型.在此基础上,通过算例分析驱动构件角速度、驱动力/力矩和能耗的变化规律.这些内容为进一步研究此种空间并联机器人的动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义.     

基于虚拟样机技术的并联机器人设计研究

并联机器人的结构复杂、制造成本高、生产周期长,因而其物理样机的优化以经验为主.提出基于ADAMS的虚拟样机优化方法,并以3RPS机器人为例,运用虚拟样机模型分析了该机器人结构参数变化对该机器人动平台转动角度的影响,并得到了动平台转动角度最大时的最优结构参数.     

新型6-PRRS并联机器人工作空间与结构参数研究

针对一种新构型的6-PRRS并联机器人,研究了该机构中长杆、短杆、固定平台、动平台结构参数的变化对其工作空间的影响.根据此类并联机器人工作空间形状的特点,提出一种比较简便的工作空间大小比较方法.不同的结构参数对应于不同的工作空间,通过机构参数影响的分析,为此类并联机器人的应用与设计提供直接的依据.     

6-SPS并联机床工作空间分析

选用局部坐标系和球铰的转角描述了动平台的位置,分析了运动副转角、杆长、支链干涉等因素对并联机器人工作空间的影响。结合并联机床的加工要求,研究了工作空间及其随自转角的变化规律。     

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     

悬置式3自由度并联机构的位置及转动性能分析

提出了一种新型的空间3自由度并联机构,该机构的运动平台具有2个移动自由度和1个转动自由度。建立了机构位置的正反解,对机构的转动能力进行了分析,计算出机构动平台在空间运动时的转动角度。同时．可以使整个机构沿x、y方向移动,增加了机构的工作空间。     

遗传算法优化的线性二次型调节器控制下3-UPS并联机器人稳定性分析

通过对3-UPS并联机器人进行动力学建模与状态空间分析,基于遗传算法(GA)优化的线性二次型调节器(LQR)控制方法对其进行控制仿真,结合多体系统振动理论,并运用MATLAB软件和ADAMS软件联合仿真,分别对该并联机器人在动平台施加外部载荷、定平台施加随机振动,以及动、定平台施加复合干扰3种情况下机器人的末端稳定性进...     

并联机器人球铰链的仿真设计

球铰链作为一种能够提供3个自由度的铰链机构,在各种形式的并联机器人中得到了广泛应用.但由于其工作空间较小,限制了机器人的工作空间,从而增大了设计难度.在3-RSS/S型踝关节康复并联机器人的球铰链的设计过程中,提出了一种运用MATLAB和UG软件相结合的仿真设计法,充分利用球铰转动时极限转角不对称的特点,完成了球铰链的设计,并给出了球铰链仿真设计法的一般步骤.     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。     

拱泥机器人运动特性分析与仿真

针对拱泥机器人在泥土环境中前进时所受转向阻力矩大的特点,结合并联机构承载能力强、运动反解容易等优点,提出采用Tricept型并联机构作为拱泥机器人转向机构的方案,以提高拱泥机器人的驱动能力.给出拱泥机器人机构的整体方案,建立拱泥机器人各杆件坐标系的变换矩阵.通过对拱泥机器人运动特性的分析,建立拱泥机器人运动轨迹的数学模型,利用计算机仿真技术模拟出拱泥机器人运动的整个过程,并给出拱泥机器人在有无障碍物情况下转向关节的角度变化.仿真结果为拱泥机器人在机构设计与路径规划研究等方面提供了依据,为拱泥机器人的运动学、动力学的分析与仿真以及虚拟样机的建立打下了一定的理论基础,同时也为其他仿生机器人的运动特性分析提供了一种有效方法.     

高温发汗润滑体单胞接触应力分析模型研究

采用“无限大板”中孤立小孔应力集中方法,建立了一种新的以特征参数λ表征的厚壁单胞体接触应力理论模型;以高温发汗润滑体为对象,采用该模型仿真分析了单胞体在特征参数λ≤0.4情况下的胞内应力分布状态。结果表明：随着外载荷的增大,接触半径逐渐增大,且接触区域的各向应力（绝对值）均逐渐变大;最大剪应力逐渐从胞体表面向胞体内部迁移,其y向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=0和θ=-π,r=r₂处转移,x向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=-π/2,r=r₂处转移;该应力集中区逐渐取代胞体接触表面而成为微裂纹诱发源。λ对胞体接触应力分布也有很大影响：当λ=0.4时,孔穴应力集中区与胞体接触区的y向应力差值最大;当λ=0.1时,两处的x向应力差值最大;当外载荷大于1000N时,λ=0.2的胞体内的最大剪应力具有最小值。     

并联机器人双目主动视觉目标定位的研究

为解决并联机器人"盲"工作状态,提高并联机器人的运动精度,构建了一种对并联机器人工作空间监测的双目主动视觉监测平台,并在双目主动视觉监测平台上给出了一种视觉空间目标定位算法.该算法分别研究了两个摄像机光轴在同-平面和不同平面时的空间目标定位问题.