并联机器人正运动学与NURBS轨迹规划

并联机器人是一种具有高载荷自重比的封闭式运动结构,针对并联机器人运动控制和NURBS轨迹问题进行了深入的研究,首先从并联机器人的逆运动学问题进行了解析方法的求解.其次,针对正运动学(FKP)在数学上是难以解决问题,提出了一种多层感知器进行反向传播学习的神经网络进行实时求解.再次,开发了基于NURBS的通用插补器,它可以...     

4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化

为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和"全姿态"滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

Gantry-Tau并联机构运动学分析

针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。     

Gantry-Tau并联机构运动学分析

针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。     

3-RPS并联机构及其轨迹规划与仿真

构造了3-RPS并联机构试验台,运用并联机构逆运动学分析理论,分析研究动平台的运动轨迹规划。推导出其运动学反解计算公式,确定了动平台按预期轨迹运动时应在原动件上施加的运动规律。最后,在ADAMS环境中建立了该机构的虚拟样机模型,通过虚拟样机仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型.采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解.利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿.通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性.     

一种高速并联机器人的运动学建模与轨迹规划仿真

以一种可实现高速运动的4自由度并联机器人为研究对象,采用矢量法建立了机器人运动学逆解模型,并提出了具有显示表达式的运动学正解解析解法,因无需迭代而具有较高的计算效率。采用4种运动规律分别规划末端抓放路径,并对比分析了关节角加速度与角跃度随时间的变化规律。在此基础上,提出了基于SAMCEF的机器人刚柔耦合仿真流程,并分析了不同运动规律的残余振动幅值变化,为优选可兼顾关节驱动力矩平滑性与末端残余振动收敛性的运动规律提供了解决思路。     

可用于多连杆悬架的并联机构运动学分析

并联机构具有刚度大、响应快和精度高等优点,适用于悬架领域。提出了一种用于汽车多连杆悬架的新型并联机构。建立机构运动学模型,结合螺旋理论,通过位姿参数分析机构空间运动特点,得到表征运动的螺旋量近似为偶量;结合汽车悬架运动学概念,利用齐次变换矩阵给出车轮定位参数,运用螺旋理论提出了悬架瞬时运动学分析方法。     

一种新型三平移并联机构的运动学分析与多目标尺度综合

根据方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计了一种结构简单且对称的三平移的并联机构,通过方位特征方程分别计算了机构的方位特征集、自由度、耦合度等拓扑特性,验证机构能实现三平移的运动特性;建立机构运动学方程,推导得到机构的正逆解的解析式,以及机构的奇异性、工作空间、灵巧度等运动性能指标。最后,建立多目标优化设计模型,采用带有精英保留策略的快速非支配多目标优化算法(NSGA-Ⅱ)进行结构参数的尺度综合,优化得到一组Pareto最优解(Pareto optimal solutions)。结果表明,不能同时最大化工作空间体积和全局灵巧度,可以根据实际的需求选择Pareto最优解,以满足两个目标的需求。     

基于Isight平台DOE方法的并联机构多目标优化设计

以提高并联机构的整体性能为目的。以3-PUU并联机构为例,首先根据虚设机构法建立影响系数矩阵,包括雅可比矩阵和海塞矩阵,并通过Adams虚拟建模仿真验证影响系数矩阵的正确性,然后综合考虑工作空间、速度、加速度、惯性力等方面的需求建立并联机构的性能指标,根据性能指标多目标优化设计模型,最后基于Isight软件集成MATLAB,采用最优拉丁超立方法进行试验设计,通过NSGA-II算法进行多目标优化设计。优化结果表明,基于Isight的多目标优化设计方法不仅高效而且可以得到Pareto解集,决策者可以根据并联机构的具体服役环境权衡选择整体性能最优解。     

4-UPS-CPC并联机构运动学分析

并联机构的运动学分析是并联机构研究的重要对象之一,是进行优化分析的重要依据。目前,国内外许多知名学者通过理论求解和软件仿真分析对并联机构进行了多方面的研究。以4-UPS-CPC并联机构为研究对象,建立机构模型和数学模型,进行了位置、速度及加速度分析,建立了机构输入输出的速度、加速度映射方程。在建立机构运动学模型基础上,用数学编程软件Matlab对机构进行了运动学数值仿真分析;基于动力学仿真软件Recur Dyn,实现了4-UPS-CPC并联机构的运动学仿真分析;利用Recur Dyn仿真结果对理论数值仿真的正解、逆解进行了验证。研究结果表明了运动学理论求解的正确性和仿真验证的可行性。     

平面5R并联机器人轨迹规划与运动学仿真及实验

首先运用速度为优化等速函数曲线的轨迹规划方法,在笛卡尔空间对平面5R并联机器人进行了运动学轨迹规划,得到了平滑、连续的输出角位移、角速度和角加速度曲线。其次运用Simulink/SimMechanics对该机构进行了正向运动学仿真,理论上验证了该轨迹规划方法的正确与可行性。最后基于轨迹规划和运动学仿真,对样机进行了运动控制实验研究,发现样机运行平稳,无冲击振动,位置精度较高,达到了轨迹规划的要求。     

电子凸轮驱动多杆机构的轨迹规划方法研究

采用多轴同步伺服驱动技术替代传统机械传动技术是复杂包装机械的一个发展趋势,针对包装过程中执行端高速往复的运动要求,提出了一种利用电子凸轮驱动多杆机构的设计方法。重点论述了电子凸轮的曲线规划方法,采用NURBS曲线方法建立凸轮运动的数学模型,得到平滑的凸轮运动曲线。仿真及实验表明,采用NURBS曲线拟合方法满足速度、加速度以及多轴同步要求,保证推送运动平稳无冲击,同时提高输出柔性。     

高速并联机械手抓放轨迹规划方法

在高速并联机械手门形抓放路径的基础上,阐述了在操作空间中用Gutman运动规律进行轨迹规划的方法。针对所述轨迹规划方法在运动始末端存在跃度突变,导致柔性冲击的问题,提出了一种基于Gutman运动规律的修正梯形加速度曲线的轨迹规划方法。以一种2自由度高速并联机械手为研究对象,通过运动学逆解和试验对比分析这两种轨迹规划方法的运动特征,结果表明:基于Gutman运动规律的修正梯形加速度曲线的轨迹规划方法所得到的跃度曲线没有突变,运动特性更优。     

3-PRC并联机构的运动学分析

讨论了具有3平移自由度的3-PRC并联机器人机构的运动分析.基于机构运动约束方程,通过坐标变换证明机构的平移运动规律,给出机构位置逆解的解析表达式;并且建立了3个输出运动参数与3个运动输入参数之间的速度和加速度关系的显示数学模型,得到机构速度、加速度正逆解,且逆解给出2种形式,理论分析及算例仿真表明2种形式解的等价性.     

Delta并联机构的逆向运动学分析

对Delta并联机构的逆向运动学进行了全面分析,从机构约束方程得出机构位置反解,使得主动构件的关节变量能用结构参数表示;利用影响系教理论,建立了机构输入输出运动速度及加速度之间的传递关系;影响系数计算过程容易程序化,避免了传统速度加速度分析中的求导运算,便于采用现有的数学应用软件,进行符号推导,影响系数又是构造动态性能量化指标的基础,对机构动态性能分析和动态性能优化具有十分重要的意义.     

两种平移并联机构的轨迹规划与仿真验证

对3-RPC和3-PRC两种并联机构进行了结构分析,应用并联机构的逆向运动学分析理论,对两种并联机构动平台的运动轨迹规划进行了分析研究.由齐次坐标变换公式推导出了其运动学反解计算公式,进而确定了动平台按预期轨迹运动时应在原动件上施加的运动规律.最后,借助Pro/E建立了该机构的装配模型,通过ADAMS仿真对所规划的运动...     

3-PRRS并联机构多目标可靠性优化设计

以提高并联机构多目标优化设计结果的可靠性为目的。首先构建3-PRRS并联机构多目标优化设计模型,基于Isight集成Matlab软件,利用试验设计和多目标优化算法进行多目标确定性优化设计。然后分析3-PRRS并联机构在设计制造中所涉及到的随机不确定性因素,基于Isight进行6Sigma可靠性分析以及考虑随机不确定性因素的6Sigma优化,建立一种高效的考虑不确定性的3-PRRS并联机构多目标可靠性优化方法。研究结果表明,考虑不确定因素的多目标优化设计方法得到的最佳设计解可靠度更高,更加符合设计要求。     

一种3-PRS并联机构正向运动学求解方法

并联机构正向运动学求解复杂、存在多解,是研究的热点和难点。提出用D-H法和图形可视化相结合的方法对3-PRS并联机构进行正向运动学求解的方法。首先,对机构中的球铰做等效转换,运用D-H法对支链进行运动学分析,推导出3-PRS并联机构的正向运动学方程;然后,采用迭代法得到16组正向运动学方程的解,通过可视化编程,直观地得到3-PRS并联机构的位形,即得到并联机构的运动学正解。结果表明,所得到的一组运动学正解与实际结构的位形相符。该方法有效、正确,并适用于求解其他类型的并联机构正向运动学。