一种新型3-DOF混联机械臂的运动学基础分析

机械臂运动学基础性能分析是其控制和应用的基础。分析了一种新型3一DOF混联机械臂的运动学传递性能,定义了这种混联机械臂的速度传递性能评价指标,并研究了评价指标在定姿态工作空间内的分布规律,为这种混联机械臂的设计与控制奠定了理论基础。这种新型3-DOF混联机械臂具有工作空间大、运动灵活、刚度大和工艺性好等优点。     

脐橙采摘机械臂的设计与分析

针对脐橙树的生长环境与脐橙特点,设计了一种无耦合的串并混联结构的脐橙采摘机械臂,首先,在串联结构部分建立了D-H坐标系,完成了对应结构的正、逆解计算;然后,基于求解结果,运用蒙特卡洛算法,利用MATLAB软件得到了其工作空间,并且分析了结构参数对工作空间的影响,得到了优化的结构参数尺寸;最后,借助MTALAB中的机器人工具箱,进行运动分析。机械臂示教运动仿真验证了串联结构正、逆解;运动输出曲线表明了机械臂采摘运动过程平稳;对比机械臂串联结构参数优化前后的工作空间,参数优化后机械臂具有更优的运动空间,运动分析结果表明:所设计的串并混联结构能够实现脐橙采摘的要求。     

3-URS并联机器人位置分析

机器人的位置分析是其设计与应用的基础.介绍了一种3-URS6自由度并联机器人,基于其结构布局特点,推导出这种机器人的位置正、反解方程式,并得到了其位置正、反解的封闭解,在考虑其结构约束的情况下,绘制了定姿态工作空间的截面图和三维立体图,为这种机器人设计及应用奠定了理论基础.     

空间机械臂模拟系统的设计与实现

针对某科技馆的一个科普展品,设计了一种空间机械臂模拟系统。首先对空间机械臂各部分的结构和传动机构进行了设计,利用D—H坐标法建立了机械臂的运动学模型,并进行了其运动学正、反解的求解。然后,构建了空间机械臂的伺服控制系统,开发了上位工控机和底层运动控制器的控制软件。最后,使用Quest3D虚拟现实软件制作了VR机械臂。机械臂模拟系统的工作情况表明,该系统可以满足科普展品的要求。     

一种混联机械臂的运动学正反解分析

为实现较大活动空间内对重物的搬运仓储,提出了一种具有串联机构工作空间大和并联机构承载能力高等优点的新型混联机械臂。该机械臂的自由度为2,具有平面内的一个移动和一个转动自由度基于几何解析法分析了该机构的运动学正反解,并且给出了5组正反解分析数值算例,验证了正反解分析的正确性。     

含冗余驱动并联机构的混联加工单元运动学分析及实验验证

设计了一款以2UPR&2RPS冗余驱动并联机构为动力头的新型5自由度混联加工单元,并对其进行了运动学分析.首先,基于旋量理论计算混联加工单元的自由度,证实其具有空间两转动和三平动(2R3T)运动能力.其次,运用空间矢量法建立混联加工单元的运动学模型,推导出机构的位置正/逆解解析式.再次,基于分层搜索思想预估混联加工单元的工作空间,给出了5轴可达工作空间的分布.最后,通过开展实验样机的切削实验,验证了运动学分析的正确性.     

2(2-UPR+RPU)串并混联机构的位置和工作空间分析

针对目前快递行业所使用的并联机构运动空间较小、应用范围有限的问题,结合串联机构工作空间大、运动灵活等优点,基于2-UPR+RPU少自由度并联机构,提出一种2(2-UPR+RPU)串并联形式的混联机构,并对其进行位置逆解和工作空间分析,以期能够在工业生产中得以应用。首先,在SolidWorks中对该混联机构建模,利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着,应用连续法求解机构的位置反解;最后,运用CAD变量几何法在SolidWorks进行运动模拟并得到加工点轨迹数据,借助Matlab软件求出其工作空间。2(2-UPR+RPU)混联机构的工作空间范围较之单层并联机构增大很多,形状规则,呈对称分布。2(2-UPR+RPU)混联机构同时兼有串联机构的灵活性和并联机构的高刚度和精度,通过相应的程序控制,可以代替人工工作。     

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。     

RGRR-Ι构造混联6R机器人

新型并联双自由度转动关节(RGRR-Ⅰ)活动构件少、工作空间大,利用RGRR-Ⅰ构造混联6R机器人可以实现高刚度、大工作空间、机构紧凑等。提出混联机构的求解新方法,即建立少自由度并联机构的运动坐标参数与机构运动输入参数之间的关系,把混联机构的求解转化为各少自由度并联机构的求解和运动坐标参数之间的串联求解,降低了求解难度,可以方便地推导出位置的正解和反解。此方法对其他混联机器人的运动学分析有借鉴作用。     

菠萝采摘混联机构的设计与运动学分析

针对菠萝采摘机构工作空间大、刚度和承载能力高的要求,提出一种由1R2P串联机构和球面2自由度冗余驱动并联机构串联组成的混联构型方案.将混联机构简化为一个5自由度空间开式运动链,采用D-H方法建立运动学方程,得到位置正反解.对球面2自由度冗余驱动并联机构进行尺度设计,得到位置反解.应用ADMAS软件建立虚拟采摘机构模型,进行运动轨迹规划和仿真分析.结果表明,机构各杆件在运动空间范围内约束条件没有发生破坏,杆件之间无结构干涉,运动关节速度和加速度变化平缓,无突变.杆件尺寸参数设计合理,为菠萝采摘设备的研制提供了理论依据.     

2PPPPS-R-2PPPPS新型串并联机构研究

基于传统的串联和并联机构构建了一种新型6自由度串并联机构,通过直线驱动实现输出主轴的三维移动和转动,利用机构分解和综合得到机构的等效形式;同时也对其位置反解进行了研究,发现其符合限定区域条件下的无穷解,且能够利用数值搜索法得到其全部位置反解;通过输出主轴在空间的位置和姿态对各输入运动参数敏感性的影响进行研究与分析,发现同类运动参数之间存在着程度相同或对称关系,得知4类输入运动参数对输出主轴空间位置的敏感性起关键作用,有3类输入运动参数对输出主轴在空间的姿态敏感性起关键作用,同时还以实例形式计算得到具体情形下的敏感性数值,从而知道各类输入运动参数对输出主轴姿态变化上的影响程度的瞬时差异.     

基于PMAC运动控制卡的混联码垛机器人研制

根据串联机构和并联机构的特点,以及搬运机器人的性能要求,设计了一种4自由度混联码垛机器人,分析了该机器人的运动学特性,求出其位置正反解析解,给出了机器人码垛的路径规划.控制系统采用工业PC(IPC)作为主计算机,利用分布式二级控制结构实现系统的监控和作业管理,协调各关节的运动,准确地跟踪轨迹规划.最后针对普通示教再现作业方式,提出了码垛机器人离线编程方法,重点对搬运机器人离线码垛过程进行了研究,自主开发了机器人控制软件.实际使用结果表明,所研制的机器人已能满足物流自动化系统中的码垛需求.     

利用特征列方法求解并联机构位置正解

提出一种并联机构位置正解的方法.采用吴文俊的数学机械化方法对具有一般尺度参数的3-RPS并联机构位置方程进行消元,计算出与机构约束方程具有相同零点的特征列,从而得到只含一个未知数的代数方程,通过零点分解求得机构全部位置解.计算过程采用了机械化程序,具有通用性.     

欠秩3-UPU并联角台机构工作空间分析

针对欠秩3—UPU并联角台机构的结构特点，首先找出了该机构的几何约束，在此基础上建立了该机构移动副两端虎克铰平行或垂直布置时的位置反解方程。然后利用该机构的几何约束条件，进一步建立了该机构在两种情况下的工作空间的求解方程，为该机构的应用奠定了一定的基础。     

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.     

新型三自由度并联机构工作空间分析

随着并联机构技术的发展,少自由度并联机构由于具有结构相对简单,控制容易等优点,逐步成为机构学领域新的研究热点,在工业领域有着广阔的应用前景。针对并联机构工作空间较小的特点,对一种新型三自由度并联机构进行研究。该机构的工作空间对称分布于定平台的两侧。在分析其结构特点的基础上,推导出其位置反解方程。根据约束条件,采用数值方法绘制出工作空间的三维立体图和Z截面上的边界图。并定量分析了机构设计参数对工作空间大小的影响。     

新型6-PSS并联机器人的位姿误差分析

在获得6-PSS并联机构位置反解的基础上，考虑杆长、铰链位置、铰链间隙等各类主要误差源对终端误差的影响，推导出此新型机构的位姿误差模型，且应用蒙特卡洛技术分析了位姿误差的分布规律，为这种机器人的理论设计与精度补偿提供了理论基础。     

基于任务空间的 2P3RR 并联机构尺度综合

结合一种五坐标混联工作台的开发,对其少自由度并联机构部分进行了深入的研究。给出了该并联机构的运动学位置正、逆解,求解了雅可比矩阵,分析了工作空间,基于任务空间探讨了该并联机构主要结构参数之间的相互关系,采用雅可比矩阵条件数的倒数的全域均值作为该并联机构灵巧度评价指标,对其进行灵巧性分析,给出了混联工作台开发实例并进行了设计计算,为混联运动平台的设计开发奠定了理论基础。     

一种3-CRCR/RPU对称并联机器人机构工作空间及运动学分析

提出一种新型对称3-CRCR/RPU并联机构,借助修正的Kutzbach-Grübler公式,结合螺旋理论进行分析,该机构具有4个自由度。根据几何约束条件列写矢量方程,以解析解形式给出该机构的运动学正解和逆解,基于逆解对机构速度和加速度进行分析,对机构雅可比矩阵分析知,该机构不含奇异位形且部分解耦。应用ADAMS软件建立仿真模型,验证运动学模型的正确性。根据机构各关节限制约束条件给出其工作空间,得出机构具有类斜六面体的α-β-z位姿子空间。最后,研究机构结构参数对工作空间的影响,并基于改进后的全局性能指标ηJ研究不同结构参数下机构整体性能分布,从而为该机构的空间轨迹规划、结构设计的优化问题提供参考。