基于运动耦合结构的并联机器人的运动学正逆解

根据运动学等效的原则，在并联机器人中引入等效串联机器人及分支等效串联机器人，以等效广义坐标为中间变量建立并联机器人运动学正逆解求解算法。该算法能有效处理结构带来的运动耦合，并且规划的软件具有自动生成迭代初始点、避免多解性以及便于实际应用等特点，从而为并联机器人的结构设计与创新提供了理论支持。     

包含串并联关节的排牙机器人运动学分析

针对串联关节和并联关节各自的特点,提出了一种由5自由度串联机构和并联机构组成的排牙机器人,通过对排牙机器人机构的分析,建立了其运动学方程。对运动学逆问题进行了分析并且应用解析法和矩阵法推导出各个关节的位姿矩阵,在已知患者的牙弓曲线和各散牙的末端位姿时,便可通过以上算法求得各个关节的位置和姿态。最后以下左牙为算例,对各个关节的位姿矩阵进行了求解。结果表明:本文提出的算法合理有效,解决了排牙机器人部分运动学问题。     

基于量子粒子群优化算法的机器人运动学标定方法

基于量子粒子群优化算法,提出一种同样适用于串联机器人和并联机器人的运动学标定方法。利用闭环矢量链方法和Denavit-Hartenberg矩阵法,分别建立并联机器人和串联机器人的运动学误差模型,将运动学误差模型内的几何误差源作为相应的机构参数修正量。由于机器人运动学误差模型表现有较强的非线性,因此确定模型内的机构参数修正量为优化变量,将机器人运动学参数标定问题转化为非线性系统的优化问题。采用量子粒子群优化算法对优化问题进行求解,利用优化获得的参数修正量更新运动学模型,以达到提高机器人运动精度的目的。以五轴并联机床的平面约束机构为研究对象,通过试验验证该标定方法的标定效果,并与模糊插值标定方法进行比较分析,结果表明在较大的工作空间内基于量子粒子群优化的运动学标定方法更为有效。     

基于粒子群算法的Delta机器人正运动学的研究

正运动学分析对Delta并联机器人轨迹规划和控制非常的重要。而Delta并联机器人的逆运动学求解比较容易，正运动学求解却相对困难。故研究利用基本的和带权重线性递减的粒子群算法应用于Delta并联机器人正运动学求解。通过改变不同的权重因子和学习因子，研究结果表明，这两种粒子群算法在一定的条件都能够快速及正确地对Delta并联机器人的正运动学求解。而且进一步研究数据也表明，带权重线性递减的改进版粒子群算法一定程度上要比基本粒子群算法更容易收敛于极值，收敛性更优。     

混联码垛机器人运动学分析与仿真

针对码垛作业任务要求,设计了一种混联码垛机器人结构;为了简化机器人运动学方程的建立过程,根据机器人的特殊结构,把机器人的并联部分看作一个整体,以串联结构代替并联结构,应用D-H法建立了机器人的运动学模型,并给出了逆运动学方程.最后,应用Solid Works软件建立了机器人的三维实体造型,并用ADAMS软件进行了运动学仿真,验证了理论分析的正确性.     

一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。     

一种并联机床的位置、速度和加速度逆解

本文针对一种混合结构的并联机器人机床,采用串并联运动学等效的方法,进行了运动学研究,推导了系统的位移、速度和加速度逆解的表达式,这可用于机床在加工时的运动规划及插补算法的实现.本文还进行了运动学仿真研究,机床的实际加工操作应用的结果表明,推导的运动学算法的正确性.     

一种6R非球型手腕机器人逆运动学算法研究

6R非球型手腕喷涂机器人得到了越来越广泛的应用,然而这种机器人的结构不满足Pieper准则,导致该机器人的逆运动学求解困难。对此,提出了一种近似解析法和数值迭代法相结合的6R非球型手腕机器人逆运动学组合算法。首先,根据6R非球型手腕机器人的结构特点近似转化为6R球型手腕机器人,并以等效球型手腕机器人的逆运动学解析解作为近似解,采用基于运动学雅可比矩阵的数值迭代法求解6R非球型手腕机器人的逆运动学精确解。其次,针对等效变换引起机器人有效工作空间减小,从而导致算法失败的问题进行了分析,提出了基于目标位姿偏置的方法提高逆运动学算法的鲁棒性。最后,通过数值仿真验证了所提出的6R非球型手腕机器人逆运动学算法的可靠性和时实性。     

基于粒子群算法的并联机器人运动学正解研究

并联机器人运动学正解问题由于涉及到求解非线性方程组问题而不易解决。在对粒子群算法研究的基础上,对其进行改进,以提高全局搜索能力。同时结合外点罚函数法,对并联机器人运动学正解问题重新进行建模,以便于使用粒子群算法进行求解。结合二者形成新的正解求解方法。最后使用该方法,以一台并联机器人为对象进行研究,获得了其运动学正解。     

冗余驱动直角坐标串并联机器人位姿误差分析

串并联机器人可分解成两个并联机器人的串联组合,并联机器人的各支链均为一串联支链,利用并联机构和串联机构的运动学等效,考虑各分支末端误差对最终运动平台位姿误差的影响,提出了基于动态和静态因素的综合分析方法,并给出了主要的影响因素,并以实例的形式对研究结论进行了有效性验证.     

基于可操作性指标的6R操作臂型综合方法

串联操作臂的性能不但与拓扑结构,而且与尺度参数密切相关,在研究拓扑选型时有必要考虑尺度参数对其运动学性能的影响。提出一种包含拓扑结构和尺度参数的6R串联操作臂构型优选方法。通过枚举相邻关节轴线的可能组合得到6种构型,构造出一种位于中间轴线连体坐标系下的速度雅可比矩阵通用算法,并对上述各种拓扑构型分别构造包含结构参数的雅可比矩阵及其行列式,以使雅可比矩阵行列式为零的结构参数数目最小,且所包含正交轴线关系最多为构型优选评价指标。据此综合出一种符合上述优选指标的构型。利用该方法综合出的6R串联操作臂构型具有灵活度好、便于电动机装配、且折叠性好等优点。     

3-RSR并联机器人运动学研究

在已有研究的基础上,给出了更为简单、完善的3-RSR并联机器人封闭正解,以及一般结构参数下的逆解和对称结构参数时的封闭逆解的求解方法.该机构运动学正解的最大数目为16组,逆解数目最多有8组,求逆解较其它三自由度并联机器人复杂.     

三自由度微动并联机器人的简化建模方法

在常规或宏操作三自由度并联机器人运动学的基础上，介绍了并联机器人实现微动功能的运动学、动力学的简化建模方法。利用这一方法得到的模型结构简单、计算量小、适于实时控制等特点。该方法对于同一种类型的整体柔性关节微动机器人建模具有通用性，对于不同类型的微动并联机器人亦具有普遍性的意义。该方法也为微动机器人优化设计提供了一个良好的工具。     

2(2-UPR+SPR)串并联机构雅可比矩阵的建立

建立了一种新型串并联机构的雅可比矩阵。首先,介绍了一种新型的2(2-UPR+SPR)串并联机构,该机构由两个2-UPR+SPR机构串联而成,它具有串联机构和并联机构的共同优点。然后,根据2-UPR+SPR机构中存在的几何约束建立了其速度约束矩阵和速度耦合矩阵。最后,分析了2(2-UPR+SPR)串并联机构的速度传递关系,通过合理处理独立并联机构的速度耦合和约束关系,建立了2(2-UPR+SPR)串并联机构整体正向和逆向雅可比矩阵。研究结果表明,2(2-UPR+SPR)机构的雅可比矩阵包含各个独立并联机构的运动、约束和耦合信息。所提出的建立2(2-UPR+SPR)机构雅可比矩阵的方法也适合其他串并联机构。     

DIMENSIONAL DESIGN THEORY AND METHODOLOGY OF 6-DOF SCISSOR PARALLEL MANIPULATOR

Parallel manipulators have many advantages over serial manipulators in terms of high load/weight ratio, velocity, stiffness and precision. A dimensional design theory and methodology of six degrees of freedom scissor parallel manipulator (SPM) is investigated. The SPM kinematics inverse equation is given. Based on the formulation of the local dexterity and the definition about the indexes of workspace incircle radius, the effects of the design parameters on the dexterity and workspace are discussed. Moreover the incircle radius change ratio about workspace are defined and used as the evaluated indicator to analyze the effects of the design parameters on the performances. A dimensional design theory that could satisfy the requirement of dexterity and workspace is proposed. The dimensional design theory and methodology can be of help in the design, trajectory planning and control of parallel manipulator.     

基于完全笛卡尔坐标O(N)次正向动力学研究

采用刚体等效质点力学模型,提出一种基于完全笛卡尔坐标快速求解链式机械臂惯量矩阵逆的新方法。选取系统独立变量坐标和完全笛卡尔坐标描述约束方程中不变化的变量作为广义扩展坐标,通过完全笛卡尔坐标与广义扩展坐标变量间的速度映射关系,得到广义扩展坐标表达下质量矩阵的表达形式。该质量矩阵及其逆矩阵的计算演变为对等效质点分别计算求和的过程,实现了机械臂正向动力学的O(n)次的高效率计算。通过与传统的罗伯森-维滕堡方法进行精度和计算效率的比较,验证了本研究内容的准确性和高效性。     

新型万能直角坐标串并联机构

基于传统的单纯串联机构工作空间大、运动学正解简单的优点,考虑到单纯并联机构结构刚度大、承载能力强、运动学反解简单等特点,参考国际国内有关串并混联机构的研究成果,结合现实加工领域的需要,提出一种全新结构的直角坐标串并联机构。通过线性驱动,它可以实现机构上下层动平台之间的输出主轴空间6自由度运动。通过解析几何作图法,得知机构的工作空间形态为四棱柱或三棱柱,并给出了机构出现奇异时的奇异结构与工作空间形态。机构输出主轴处于空间任一位姿时,运用解析作图法取得输出主轴在三维空间的极限摆角范围,采用该方法还找到了机构运动学一般位置反解的几组可能解。进一步分析可知输出主轴平行于垂直导轨方向时有三组可行解,不平行时有五组可行解。     

一类3-3 Stewart平台的正向运动学闭式解

针对 Stewart平台机器人的结构特点 ,提出一种新的姿态描述 ,这种描述直观、简便 ;并对一类 3- 3RSR并行机器人进行几何分析 ,给出一种新的解法 ;应用 Mathe-m atica软件编程进行符号运算得到该类平台的闭式解 ,闭式解便于实现实时控制。同时用算例进行校验 ,结果表明计算速度快 ,为实时控制和实际应用创造了条件。     

6R操作臂逆运动学分析与轨迹规划

提出一种依赖初始位形的6R串联操作臂运动学逆解模型与轨迹规划方法。以折叠状态下6R串联操作臂各关节轴线方向单位矢量和位置矢量为基础,运用旋量理论与指数积方法建立该操作臂在初始状态下的运动学模型,以解析法得到该操作臂的16组运动学逆解,通过规划末端执行器在全局坐标系下的位置和姿态运动轨迹,应用运动学逆解得到各关节的运动轨迹。仿真结果表明该操作臂运动学模型、逆解方法与轨迹规划结果正确。该方法建立的6R串联操作臂运动学模型及逆解方法具有建模简单、易于求解、便于轨迹规划等优点。     

4-UPU并联机器人机构及其运动学

提出了一种能实现空间三维移动和绕Z轴转动的机构模型———空间4-UPU并联机器人机构模型。采用螺旋理论分析了4-UPU并联机器人机构实现空间三移一转运动的机构学原理,计算了其自由度,讨论了输入的合理性;给出了其位置反解的方法,导出了位置正解的封闭方程,进行了数值验证,并分析了该机构的工作空间和奇异位形。该机构是一种过约束机构,具有结构对称且相对简单、刚度大等优点,可用于开发新型工作台、并联机床、四维力传感器以及微操作机器人等。