一种新型四自由度并联机构的工作空间分析

新型四自由度2PUS-2PRS并联机构适用于搭建大型结构件的高速铣削装备。工作空间分析是其参数设计的基础。在分析该机构拓扑特性的基础上,首先运用矢量法构建了其位置逆解的解析表达式;并采用几何包络面理论,导出该并联机构工作空间受限的约束集合;进而通过数值求解,得到其定姿态工作空间截面面积与姿态角的变化规律。     

一种平面二自由度并联机构的运动学参数优化

针对混联运动机床开发中拟采用的一种新型二自由度平面运动并联机构的运动学解析部分进行了深入的研究。文中详细推导了该并联机构的运动学位置正、逆解求解公式和速度求解公式,同时给出了该机构的雅可比矩阵。通过求解可以看出该并联机构运动学正、逆解方程均具有显式表达式,能够从理论上描述并联机构各个运动参数之间的函数关系,易于实现实时控制。同时,为了能够指导该并联机构的设计,还给出了该机构的工作空间和奇异形位。最后运用一种全域综合评价指标基于任务空间对该并联机构进行了运动学参数优化,为其设计开发和实际应用奠定了基础。     

并联六坐标测量机测量模型的研究

建立和求解并联坐标测量机的测量模型是并联机构位置分析的正解问题，是其工作空间、控制算法和测量精度等研究的基础，为降低建立和求解测量模型的难度，设计了演化Stewart平台型的并联六坐标测量机，介绍了其特点，建立了推导测量模型的坐标系，按空间并联机构理论，采用等效机构法获得了测量模型的解析解，利用Matlab语言编制程序求解测量模型，得到了不同初始条件下测量模型的数值解，通过位置反解检验仿真结果，证明了测量模型的正确性。     

6-SPS并联机器人工作空间的一种新型求解方法

基于6-SPS并联机器人的结构特征,提出一种新的6-SPS并联机器人工作空间的求解方法。首先对固定姿态时的位置空间进行研究,然后对模型进行简化,进而用合适的方法对工作空间边界进行数学描述,在此基础上利用软件编程可以完成对6-SPS并联机器人工作空间边界的绘制。     

并联机构运动干涉的判别方法

从纯几何的角度研究了平面3自由度并联机构工作空间的位置形状和大小与结构参数的解析关系,给出预估工作空间大小和判定机构运动可能性的方法。根据两构件的相互位置关系,用几何法分析了构件之间发生运动干涉的全部可能形式,建立了构件运动干涉判别的解析式。考虑机构每一分支所有可能的位置,提出机构运动干涉判别的准则和步骤。在算例中,以几何分析结合机构运动学反解方程,构造出求解机构整个位形工作空间的方法,在此基础上综合考虑了关节结构约束的限制和机构运动干涉对工作空间的影响。     

3-RRS球面并联机构的位置解及工作空间研究

利用螺旋理论对3-RRS球面并联机构进行了运动分析。利用牛顿迭代法求解了3-RRS球面并联机构的运动学正解,应用闭环矢量法建立了3-RRS球面并联机构的位置逆解模型并推导出了相应的位置逆解算式,得到了3-RRS球面并联机构的8组逆解。实例分析验证了3-RRS球面并联机构位置解的正确性。利用数值搜索法求解了机构的可达工作空间,利用MATLAB编程绘制了机构在不同结构参数下的可达工作空间图,分析了工作空间的变化规律,为3-RRS球面并联机构的应用奠定了基础。     

并联六坐标测量机测量模型的建模与求解

为研究并联坐标测量机的工作空间、控制算法和测量精度等 ,必须进行机构位置分析。测量模型的建立与求解是机构位置分析的正解问题。为降低位置分析难度 ,设计了基于演化Stewart平台的并联六坐标测量机。分别采用等效机构法和三维搜索法建立了测量模型 ,并通过计算机仿真获得了测量模型的解析解和数值解。仿真结果验证了两种建模方法的正确性。     

非对称式6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的研究

建立了一类具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组.基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件编制了基于Mathematica语言的非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的求解程序.研究结果表明,对于任意给定的该类并联机构的结构参数及6个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的位置正解在复数域内最多有28组解析解,并且其位置正解实数解的个数必定为偶数.并联机构位置正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础.     

三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。     

激光加工用三平移并联机床的分析与研究

设计与研究了一种用于激光加工的三平移并联机床。介绍了并联机床的组成及部件间的连接关系。通过应用并联机构拓扑结构理论对并联机床的自由度进行了分析,得出其自由度输出为三平移。通过建立杆长约束方程,得到并联机床机构的运动学位置逆解方程。应用几何法对并联机床工作空间进行了分析与求解,并得出工作空间与机床机构参数之间的关系。通过建立并联机床的几何参数误差模型,得到机床动平台的输出位置误差,进而为并联机床生产和运动控制提供理论依据。     

基于工作空间的3T1R并联机构尺寸优化设计

采用一种球坐标变步长迭代快速搜索算法,分析求解了一种3T1R并联机构的可达工作空间,并用天牛须搜索算法对其机构尺寸进行了优化设计。首先,对机构进行位置分析,得到其运动学逆解;然后,采用一种球坐标变步长迭代快速搜索算法求解得到了该3T1R并联机构的可达工作空间,并以工作空间体积大小为衡量指标,定量分析了并联机构各结构参数对工作空间体积的影响;最后,以工作空间体积最大值为目标,利用天牛须搜索算法对并联机构结构参数进行了优化,得到了最优值。该求解算法运算步骤少,求解速度快,为此类并联机构的实际应用提供了理论依据。     

基于Matalb的纯平动3-UPU并联机构正运动位置解及工作空间分析

采用空间机构螺旋原理,分析了3-UPU并联机构的构型和纯平动特性。给出了连续型多项式代数拓扑法,构建3-UPU并联机构的正运动位置解的非线性方程组,并对方程组进行计算。该方法无需给定值就能有效逼近并联机构非线性方程组的解,且可解决方程组求解时出现的分叉和散度问题,对超越问题的解析具有重要的参考意义。基于Matlab/Simmechanics构建3-UPU并联机构PID控制模型并分析其工作空间,验证并联机构构型设计中螺旋理论应用的准确性。该方法对求解多自由度并联机构运动学问题有切实可行的借鉴意义。     

三自由度3-PRS并联机构的运动学解析

对于并联机构位置正解极其复杂的求解特点,在求得3-PRS并联机构的位置逆解的基础之上,采用转化求解对象法对其位置正解进行了解析,并应用D'Alembert原理求解了被动关节的速度和加速度,避免了空间机构直接求导法的复杂性。通过对3-PRS并联机构进行实例分析,结果表明,转化求解对象法求解并联机构位置正解的方法简单而有效。同时指出了3-PRS并联机构中除3个主运动之外,还存在派生运动,该运动在3-PRS并联机构的实际应用中必须予以考虑。     

一种可实现全球面工作空间的解耦球面并联机构及其特性

针对现有的球面并联机构在大球面工作空间应用领域,其工作空间不足的问题,提出一种具有全球面工作空间的解耦球面并联机构。首先,依据摩擦圆对转动副转动范围的限制,对机构进行了改进设计,实现了机构全球面工作空间及自由度计算;其次,利用封闭矢量法,求解机构位置正反解解析表达式;最后,根据机构输入与输出参数之间关系,推导得到机构速度雅可比矩阵,并验证了机构具有完全解耦特性,为机构应用于全球面工作空间领域提供了理论基础。     

线性驱动并联机构基于有效工作空间比的尺度优化

提出了1种并联机构工作空间的几何求解及尺度优化方法。首先,借助闭环矢量法构造了线性驱动6自由度并联机构的位置逆解模型;推导得出并联机构定姿态可达工作空间的边界曲面方程,获得精确的3维可达空间;提出"有效工作空间比"概念,以刻画可达工作空间的有效尺度域;最后,在考察归纳机构关键尺度参数对有效工作空间比的影响规律的基础上,以包络已知任务空间的可达空间体积最小作为目标函数,结合有效工作空间比取值范围、驱动关节位移范围、构件干涉及尺度约束等约束条件,联合应用模拟退火+模式搜索算法进行了机构关键尺度参数的优化设计。研究成果可为并联机构的结构设计奠定必要理论基础。     

基于拟Newton法的并联机构位置正解

基于Newton法的迭代搜索算法是求解并联机构位置正解的重要数值算法,但是在其每一步的迭代过程中都需要构造机构的Jacobian矩阵。在Newton法的基础上,将拟Newton法应用于并联机构的位置正解求解,该方法用当前的函数值代替Jacobian矩阵,能够减小每一迭代步的计算量。定义机构的虚工作空间,并分析6-RUS这一类并联机构虚工作空间受限的原因及迭代搜索算法在求解这一类机构位置正解时的局限性,提出将这一类机构的位置正解等效求解的方法。进一步分析耦合型少自由度机构虚工作空间受限的原因,采用虚设机构法和改进的Jacobian矩阵使迭代搜索算法能够适用于这一类机构。数值算例表明:相比于Newton法,拟Newton法的总迭代步数并没有明显增加,但由于每一迭代步的计算量少,计算效率明显提高,为并联机构位置正解在实时场合的应用提供了一定的理论指导;等效机构法能够扩大机构的虚工作空间,增加迭代搜索算法的适用范围。     

一种大摆角五轴联动混联机床位置正解的神经网络分析法

根据大摆角五轴联动混联机床中并联模块的结构特点,提出两种求解位置正解的方法:一是以并联模块中各个驱动支链之间的距离为约束条件,提出一种解析方法求解正运动学解;二是以位置反解结果作为训练样本,提出一种利用多层前向神经网络求解机构位置正解的方法,通过构造神经网络并采用levenbergmarquardt算法训练,实现了机床并联模块从关节变量空间到工作空间的非线性映射,从而求得其运动学正解。结果表明:与解析法相比,该方法计算精度高,计算过程简洁,耗时少,可用于该机床工作空间的求解和控制。     

一种一平移两转动并联机构的运动学与工作空间分析

以1T2R并联机构为研究对象,详细论述了该并联机构机型的特点、数学模型与三维模型的建立、运动位置的正反解计算、运动仿真和结果分析四块内容。首先采用解析法建立空间位置数学模型,分析计算1T2R并联机构的位置正反解;其次,建立1T2R并联机构的虚拟样机模型,并结合ADAMS软件进行运动学位置仿真和MATLAB软件求解理论位置曲线以验证所求位置正反解的正确性;最后,利用位置正反解求解动平台的中心坐标,并利用MATLAB计算1T2R并联机构的运动空间,并进行分析。     

3-UPU型并联机构正向运动位置分析及工作空间研究

采用旋量理论,并结合多项式连续法和代数拓扑法,提出多项式连续拓扑解析法,求解正向运动位置解,可以避免工作空间解析式难表达和奇异现象;基于3-UPU型并联机构模型,进行运动特性分析,并运用三维软件Solid Works几何分析法选取尺度最优的并联机构模型和Simmechanics建模仿真法对其进行可视化工作空间研究,进而通过Matlab命令以数据化显示工作空间所有坐标点集。结果表明:尺寸优化后的3-UPU并联机构工作空间点集跳跃幅度小,运动更稳定。从而验证了该方法的有效性,可以为并联机构的结构优化设计和性能改进提供可视化依据,在工程应用上具有重要意义。     

基于遗传算法和神经网络的六自由度并联平台位置正解

位置正解是并联平台机构应用的基础。提出了用GA +BP混合算法求六自由度并联平台位置正解的方法。首先用改进的Newton Raphson法对数学迭代模型进行求解运算 ,将所得的输入输出数据组作为训练样本 ,再用GA+BP混合算法对该模型进行了精确求解 ,仿真研究表明GA +BP混合算法运算速度快、计算精度高 ,用于求解并联平台机构的位置正解是一种比较理想的方法。