柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析

为了获得精确的柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析结果,通过对柔性并联机器人动力学模型的分析,提出了基于微分法的动力学特性灵敏度分析方法,计算精度比差分法提高25%,计算时间缩短了86%。分析了柔性并联机器人动力学特性对各设计参数的灵敏度。柔性并联机器人的动力学特性对连架杆的截面积、构件集中质量及各杆件截面的厚度比较敏感。利用灵敏度微分法计算了设计参数发生微小变化后的动态响应值及固有频率值,在误差小于7%的情况下,计算时间缩短了95%。以3-RRR柔性平面并联机器人为例,说明微分法是准确、有效的。分析动力学特性灵敏度对柔性并联机器人的弹性动力综合和优化设计有重要意义。     

3-RRS并联机器人的动力学分析

基于Lagrange方程导出了3-RRS并联机器人的动力学模型,分析了该并联机器人的动力学特性。通过实例讨论了3RRS并联机器人的等效转动惯量、驱动力／力矩和能耗的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的等效转动惯量和驱动力/力矩的影响很大。     

3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。     

平面柔性并联机器人动力学建模

利用有限元理论研究柔性并联机器人动力学建模的理论和方法,分析各支链的弹性位移及其耦合关系,建立柔性并联机器人系统的运动约束条件和动力约束条件。综合考虑构件的分布质量、集中质量以及杆件的剪切变形、弯曲变形、拉压变形和横向位移的影响,运用运动弹性动力学理论和Lagrange方程,推导出平面柔性并联机器人的动力学方程。以平面3-RRR柔性并联机器人为例,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响。     

含柔性吸附材料的攀爬机器人振动特性与稳定性分析研究

为了提升攀爬机器人壁面运动稳定性从而提高其工程应用能力。针对攀爬机器人壁面运动过程的振动与动力学耦合特性问题,本文设计制作了一种含柔性吸附材料的攀爬机器人。基于刚柔耦合原理,获得刚性体与柔性体运动学递推关系,利用拉格朗日原理建立攀爬机器人动力学方程。推导得到反应动力学耦合程度的数学模型。通过仿真分析得到运行相同位移情况下,通过调整加减速时间比例使得机器人振幅下降35%,分析得到一定范围内攀爬机器人刚性质量与吸附材料弹性模量增加通过降低动力学耦合程度降低攀爬机器人振动响应。通过样机实验测量了攀爬机器人负载能力与不同运动阶段真空度与流量的稳定性。研究为攀爬机器人的驱动控制策略与工程应用奠定基础。     

平面柔性连杆3-RRR并联机器人动力学建模

为了描述包含柔性连杆的平面柔性3-RRR并联机器人的运动学、动力学特性,需要建立机器人的弹性动力学模型.采用一种适用于刚体、柔体混合的复杂机械系统有限元建模方法,通过分析柔性连杆与刚性动平台的运动学耦舍关系,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,利用运动弹性动力学理论,建立了平面柔性3-RRR并联机器人的弹性动力学方程.避免了采用运动学、动力学约束方程的弊端,缩小了方程的规模,缩短了计算时间.用SAMCEF软件验证了模型的准确性.计算实例表明,该模型反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响.     

柔性冗余度机器人振动主动控制系统特性分析

研究了基于机敏材料的柔性冗余度机器人振动主动控制系统的可控性与可观性。建立了受控系统的状态空间表达式，提出了离散时变系统的可控性与可观性分析的简化判据，为设计状态反馈控制器与状态观测器以改善柔性冗余度机器人的动力学品质奠定了基础。最后，以具有一个位置冗余度的平面3R柔性机器人为例，进行了计算机仿真。     

平面3自由度柔性铰链并联机器人的平衡构形

研究一个平面3自由度柔性铰链并联机器人的平均构形问题。通过逆静力分析得出了一个4变量耦合的三角函数超越方程组,讨论了并联机器人的初始装配构形,基于牛顿迭代法提出了一个数值算法,无需选取初值可求出三角函数超越方程组在指定区间内的全部实数解,得到了柔性铰链并联机器人的所有初始装配构形和在外载荷作用下的平衡构形。最后给出了数值实例。     

3-PSS柔性并联微操作机器人柔度分析

柔度矩阵建模是进行全柔性机构分析的基础。针对3-PSS型柔性并联微操作机器人,首先基于坐标变换法计算机构单条支链柔度矩阵,并基于此建立机器人整体柔度矩阵模型。然后进行数值算例计算和Ansys有限元仿真分析,并将理论计算结果与有限元分析结果进行对比,验证了柔度矩阵建模的正确性。最后对柔性并联机器人进行了柔度性能分析,并得出了机构的结构参数对柔度的影响规律,分析结果对3-PSS型柔性并联机构的结构优化设计提供了依据。     

含有柔性铰链并联机器人的刚度分析及刚度优化配置

以一类含有柔性铰链的并联机器人为研究对象，在位置分析的基础上，导出摄动位移间映射关系，为其建立了刚度分析模型。此外，还探讨了有关刚度性能指标的问题，最后以该性能指标为目标函数对其进行了刚度优化配置。     

带有加速度反馈的柔性机械臂振动控制

以柔性臂末端点切向加速度作反馈量。结合柔性臂机电耦合特性,得到了以柔性臂末端点转角θｔ为输出,以柔性臂给定转角θｄ为输入的传递函数。将时域的二次型目标函数转化为频域的二次型目标函数,求解加速度增益。实验结果证明了加速度反馈抑制柔性臂振动的有效性和实用性。     

一种新型两自由度柔性并联机械手的主动振动控制及其仿真

针对一种新型两自由度柔性并联机械手,在含有压电元件的有限元模型基础上,基于模态理论和滑模变结构理论,研究其振动主动控制问题。采用有限元法和模态理论建立系统的动力学模型。根据系统的性能要求,采用最优化方法确定滑移面,基于Lyapunov直接法设计滑模控制器。控制器能对系统的前几阶模态实施控制,实现机械手的振动主动控制。仿真结果表明,该控制器可有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,减小并联机械手动平台的位置误差,从而验证了该控制器的可行性和有效性。     

Self-excited Vibration Control of Planar 3-RRR Flexible Parallel Manipulator Based on Intelligent Controllers

The singularity of the planar 3-RRR flexible parallel manipulator is complicated due to the closed-chain coupling effect. The parallel manipulator is easy to occur self-excited vibration near the inverse Jacobian singular configurations, which seriously affects the accuracy of the mechanism and damages its structure. In order to restore the parallel mechanism to normal operation, active vibration controllers are designed to suppress the self-excited vibration. Firstly, the inverse kinematics model of the mechanism is established, and the singularity judgement conditions of the parallel mechanism are obtained based on the velocity Jacobian matrix. On the basis of analyzing the mechanism of self-excited vibration, the vibration acceleration signal is filtered and phase shifted. Combining acceleration feedback and position error compensation, a fuzzy neural network nonlinear controller and BP neural network active disturbance rejection controller are designed. Finally, the effectiveness of the two intelligent controllers is verified by conducting active vibration control experiments. The experimental results show that the two control algorithms can quickly and effectively suppress the self-excited vibration while ensuring the positioning accuracy of the parallel manipulator.     

新型平面三自由度冗余并联机构的动力学分析

提出了一种新型平面三自由度冗余并联机构,推导出该机构的运动学逆解,利用牛顿-欧拉法建立了该机构封闭形式的动力学模型,分析表明驱动冗余可以有效地消除奇异位形,最后给出了该机构动力学逆解的数值仿真实例。     

一种特殊3-UPU并联平台机构瞬时运动特性

利用反螺旋和主螺旋的方法分别研究了一种特殊3-UPU并联平台机构上下平台平行时的瞬时运动特性.得出该机构在上下平台平行时,机构具有沿坐标轴轴线方向的移动和以x、y坐标轴轴线或其平行的直线为轴线的转动,是三自由度机构.绘制了上下平台平行时所有运动螺旋的空间分布图.研究结果丰富了欠秩三自由度并联机构的理论,对机器人的控制以及轨迹规划等诸多问题都有很重要的意义.     

平面柔性3-RRR并联机构自标定方法

平面柔性并联机构具有柔性机构和少自由度并联机构两者的优点,是当前研究的热点之一.提出并验证一种简单、有效的平面柔性3-RRR并联机构自标定方法.从误差建模出发,利用矢量链法推导出标定参数辨识方程.借助静平台上的标准定位圆孔,通过仪器对拉线式编码器(线尺)进行标定,进而利用线尺在线地测量、记录机构运行中的实际位姿,结合数控系统中的理论轨迹,辨识出系统模型误差.根据辨识结果对控制模型进行补偿,使平面柔性3-RRR运动平台轨迹误差得到了明显的减小,有效提高了机构的精度,完成了利用线尺进行机构自标定方法的研究.由于测量工具和建模方法通用性强,且具有在线实际位姿测量能力,该试验研究为平面柔性少自由度并联机构的自标定提供了一种切实可行的解决途径,同时为全闭环控制提供了可行的测量方法.     

基于柔性并联连续体的灵巧操作手的设计及分析

提出了一种新型4-DOF柔性并联连续体机构,将该机构与末端绳驱动的抓手相结合,设计完成具有灵活抓取性能的操作手。将该柔性机构通过柔性支链等效的方式等效为传统刚性连杆的并联机构,并且运用螺旋理论对该机构进行自由度分析;采用经典的Cosserat Rod模型对机构进行运动学建模;通过对比分析三种并联连续体机构的可操作度,4-DOF并联连续体机构由于具有一个额外的扭转自由度,使得操作手能够更加灵活地抓取物体,在此基础上给出了一组操作手抓取的仿真实例。最后通过试验验证机构自由度以及运动学模型的数值解,并且实现操作手灵活抓取的性能。     

连续体机械臂振动特性研究

连续体机械臂的振动是制约其应用的重要因素,在不同的伸长量及不同的弯曲角度下,其振动的阻尼固有频率与衰减系数是不同的,且无法通过理论计算得出,这为连续体机械臂在运动中振动抑制带来了困难。本研究开发了可变长度的连续体机械臂实验平台,利用加速度传感器测量连续体机械臂在不同位姿时,对连续体机械臂末端给定牵引长度并释放时加速度,采用基于参数识别方法标定了连续体机械臂末端振动特性参数,标定了不同位姿参数下连续体机械臂的一阶阻尼固有频率与衰减系数,得到一阶阻尼固有频率与衰减系数关于连续体机械臂长度与弯曲角度的函数。结合加速度传感器所测连续体机械臂末端角速度得到了完整的连续体机械臂末端振动模型。最后通过实验对末端点振动模型进行验证,误差小于10%。     

3-CRR 并联机构动力学分析与仿真

以机构支链的动力学为基础,推导3-CRR并联机构的动力学方程。在SolidWorks软件中建立机构的虚拟模型并在CosmosMotion模块中进行动力学仿真。通过动力学方程和仿真两种方法分别计算机构完成规定运动所需要的驱动力,比较发现计算结果基本一致,证明了两种方法的一致性与准确性,为机构的设计制造和动力学控制提供了理论基础。