平面柔索驱动并联机构的灵活工作空间及构型优化

灵活工作空间是并联机构的一个重要指标,文中以平面三自由度柔索驱动并联机构为研究对象,讨论如何获得灵活工作空间较优的构型。首先建立平面柔索驱动并联机构的静力学模型,然后给出了灵活工作空间的计算方法和数值算例。最后以灵活工作空间为目标,以柔索驱动静平台连接点的位置为优化参数,利用遗传优化算法对构型参数进行优化。通过比较优化前后两种构型发现,优化后构型的灵活工作空间的面积大为提高。     

求解柔索驱动并联机构最大任务空间的区间分析法

并联机构的工作空间一般具有不规则的几何边界。然而在应用中,操作任务通常要求工作空间具有规则的几何形状,同时还必须满足任务给定的力/力矩输出要求,称这样的工作空间为任务空间。以柔索驱动并联机构为对象,研究最大任务空间的求解问题。基于区间分析理论,提出解决此问题的一种新方法,并以平面3自由度柔索驱动并联机构为例,针对最大正方形任务空间的求解问题,给出该方法的数值计算实例。进一步分析此最大正方形任务空间的边长与动平台姿态角,以及与输出力/力矩之间的关系,发现随动平台姿态角或输出力/力矩增大,最大正方形任务空间的边长近似线性下降。     

一种柔索并联机构工作空间求解策略

针对柔索并联机构中的工作空间求解问题,提出了通过判断柔索在动平台姿态变化前后与平面之间的位置符号是否改变的办法来判断柔索之间的干涉情况,简化了柔索之间的干涉分析算法;同时,通过对动平台的几何简化算法,使得在工作空间求解过程中可以兼顾动平台的复杂外形。由于同时考虑了柔索之间以及柔索与动平台之间的干涉,本文的求解策略可以得到更加有效的工作空间解。     

冗余并联柔索机构姿态工作空间的研究

将冗余并联柔索机构应用于飞行器模型的风洞试验,而工作空间是评价冗余并联柔索机构工作能力的一个重要指标,是并联机构设计的重要基础.分析了该冗余并联柔索机构的姿态工作空间的算法,基于此算法提出了机构的非奇异工作空间和实际姿态工作空间的概念及其相应的算法.通过计算机仿真给出了一个具体的冗余并联柔索机构的非奇异姿态工作空间和实际姿态工作空间的三维可视化描述,为该冗余并联柔索机构的设计和使用提供了一些理论依据.     

基于Grassmann线几何的平面柔索驱动并联机构奇异分析

柔索驱动并联机构奇异的本质是部分柔索作用在操作末端的力旋量失效,基于此,将柔索对操作末端的作用定义为线矢量,利用Grassmann线几何方法对这些线矢量之间的线性相关性进行判断,从而可以判定柔索驱动并联机构是否处于奇异的位形,并得出平面柔索驱动机构在无奇异设计时必须要满足的几何条件。利用此线几何方法对几类机构的奇异进行判定,并根据平面无奇异的几何条件给出两种无奇异机构。对发生奇异的机构通过改变机构的尺寸或增加部分柔索等方法对机构进行改进,从而避免了机构的奇异。利用雅可比矩阵数值方法对机构改进前后的奇异性进行分析,结果表明改进后机构有效地消除了机构原有的奇异,也说明线几何方法分析柔索驱动并联机构奇异问题的适用性。     

约束机构在柔索并联机器人设计中的应用

柔索并联机构是一类新型的机构 ,具有一些优于其他机构的特点 ,但因柔索特性的限制 ,可实现的运动形式较少。本文通过增加约束机构对运动平台运动进行限制 ,扩大了柔索并联机构的应用范围。文章提出约束机构的概念 ,讨论了约束机构的种类 ,并进行奇异位形的分析。     

柔索驱动并联加工机构的力学建模与分析

针对柔索驱动并联加工机构,着重分析了该系统的固有频率及动力学响应特性。构建了系统瞬态时在切削力作用下的振动模型,解算出系统的固有频率;研究了系统的切削力模型和该力作用下的系统响应问题,基于龙格库塔法对系统的受迫振动模型进行数值求解.最后通过数值算例验证了该算法的可行性,并通过快速傅里叶变换(fast fourier transformation,FFT)将时域响应转变为频域解,分析了动平台质量和重心位置参数对系统稳定性的影响。     

七索并联对接机构作业空间分析及索力优化设计

柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适合于重载及长径比大的工件吊装对接。提出一种七索驱动的6自由度柔性并联对接机构。借助静力学方程推导出该七索柔性并联机构的结构矩阵,并根据结构矩阵的零空间,计算得到设计参数下的可控工作空间和可行工作空间。通过比较工作空间大小,确定出动平台铰接点角度、动平台半径和下拉索分布半径3个设计参数。以下拉索索力均匀为优化目标,计算出下拉索索力变化情况,并结合工作空间分析和索力变化特点,给出一组满足设计要求的尺度参数。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

面向在轨装配的八索并联机构构型设计与工作空间分析

针对大型空间结构的在轨装配任务,提出了由八根绳索驱动的索并联机构,具有结构简单、质量轻、工作空间大的特点;针对绳索并联机构的构型综合问题,定义了出线点和绳索与中心执行器连接点的关联矩阵,在此基础上考虑约束条件综合出了八索并联机构的18种有效构型;计算了不同构型的力封闭工作空间以及针对在轨装配任务时的力螺旋可行工作空间,...     

对称型平面3-RRR并联机构可达工作空间研究

应用闭环矢量法建立了对称型平面3-RRR并联机构的位置正解模型(解析解),针对典型算例(机架为最长杆且连架杆均为曲柄),借助数值法求解,利用Matlab软件绘制了该机构的可达工作空间,并与虚拟样机Solid Works软件的运动仿真结果进行了对比。     

求驱动为转角的平面并联机构工作空间的方法

先以转角输入作为驱动的平面并联机构为研究对象,提出了求解该类机构工作空间的新方法。再选用3-RRR平面并联机构作为实例,运用该方法理论,设计了该工作空间的求解步骤,并通过VB软件求解了该机构的具体工作空间,验证了该方法的正确行。     

六自由度绳牵引并联机器人的可达方位空间计算

可达方位空间是指运动平台在一定范围内转动时,运动平台能实现的位置能力。文中通过绳牵引并联机器人的力和力矩平衡方程,得出了判断一个位形是否在运动空间中的方法,在此基础上从判断平面内一条射线上的可达方位空间边界点出发,获得平面上和空间内的可达方位空间边界点。文中采用该算法仿真绘出了机构的可达方位空间。     

基于改进粒子群算法的平面并联机构工作空间边界求解

提出了一种利用改进的粒子群优化算法(MPSO)确定平面并联机构工作空间边界的新方法。制定一个通用目标函数,在平面并联机构达到其极限点时给出最佳值。通过使用改进的粒子群优化算法找到这些点,可以构造出并联机械臂的工作空间边界。为了验证该方法的有效性,以3RRR平面并联机构为例,利用MPSO方法最优化求解,得到工作空间边界的映射;同时,研究了初始位置对工作空间搜索的影响。结果表明,初始点的选择是求解工作空间边界的关键,与离散化方法相比,MPSO搜索过程高效,所得工作空间边界点准确。     

基于工作空间和灵活性的并联机床结构参数优化设计

分析了 6SPS型并联机床仿五坐标机床加工工作空间的要求,将满足工作空间要求的机床参数设计问题归结为五变量优化问题.以并联机床工作空间的灵活性为指标,采用遗传算法进行求解。运用该法可确定主要的机床参数,为机床的总体设计提供依据     

3-CPR并联机构的设计与工作空间优化

提出一种可以实现三维平动的新型正交三自由度并联机构3-CPR。用ADAMS建立虚拟样机对该机构进行运动学仿真实验,表明该机构具有良好的运动学性能。采用搜索法求解机构工作空间,用遗传优化算法对机构工作空间体积进行优化,得到工作空间体积取最大值时机构的尺寸参数。3-CPR并联机构用移动副作为驱动副,具有结构简单、刚度大、输出力大等优势。工作空间的优化结果对该机构在实际应用中具有重要的参考价值。     

基于凸集理论的绳牵引串并联机器人工作空间算法

为求解m≥n（m为绳索数目,n为机构自由度）绳牵引串并联机器人的力旋量可行工作空间,提出一种基于凸集理论的非迭代求解算法。该算法利用闵可夫斯基之和的性质构造绳索的旋量集,借助非迭代的数学思想验证该旋量集是否完全包含外部旋量集。首先,通过确定初始超平面找出凸集所有的边界超平面,根据初始超平面偏移的距离确定边界超平面投影位置; 然后推导出旋量平衡的判定表达式,并采用数值分析的方法得到绳牵引机器人的力旋量可行工作空间;最后,采用该算法对两种典型的绳牵引串并联机器人进行工作空间求解,结果验证了所提出的基于凸集理论工作空间求解方法的有效性。     

欠约束绳牵引并联机构刚度性能分析与优化设计

为了提高欠约束绳牵引并联机构的刚度性能,研究了一种以刚度为基础的优化方法。首先,通过静力学方程对机构进行受力分析,通过引入线矢量和微分变换公式推导出机构的静态刚度模型;其次,定义两个设计变量,以机构的工作空间、刚度的全域均值、刚度的全域波动性为优化目标,研究其变化规律;最后,使用理想点法对多个目标进行优化并对目标函数进行归一化处理,得到了最优的结构参数。