柔顺关节并联机器人设计与实验

通过实验研究,运用结构参数化方法设计了满足要求的柔顺关节,用以代替传统运动副进行传动,建立了含有柔顺关节的柔顺并联机器人机构,并与控制系统和OPTOTRAK测量系统一起组成实验系统,开展柔顺关节并联机器人动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面的系统研究。以3自由度柔顺并联机器人为研究对象,分别对用转动副传动的刚性并联机器人和用柔顺关节传动的柔顺并联机器人进行了实验研究。通过对实验数据的对比分析,各项实验指标相对误差均控制在允许之内,表明在并联机器人中用柔顺关节取代转动副的有效性。

基于模糊PID融合的柔性机械臂振动压电主动控制研究

针对含有压电智能结构的柔性机械臂,提出了基于模糊PID融合控制理论的柔性机械臂振动主动控制方法。搭建了悬臂梁和平面1R、2R柔性机械臂实验装置,并设计了相应的控制系统,通过实验实现了柔性机械臂振动的主动控制,实验结果显示,该方法可以抑制柔性机械臂振动,具有响应快、鲁棒性好等特点,且该方法不依赖于柔性机械臂动力学模型,算法简单,实时性好。

复合载荷作用下柔顺机构的PR伪刚体新模型

基于伪刚体模型,综合考虑平面柔顺机构中柔性杆件的横向变形和轴向变形影响,提出具有移动副的两自由度伪刚体新模型。分别用移动副和转动副描述柔顺杆件的轴向位移和横向位移,模拟末端受力和力矩复合载荷作用时柔顺杆的变形,建立平面柔顺机构的PR伪刚体模型,通过三维搜索得出了模型的最优特征半径系数,应用线性回归方法得到了模型的刚度系数。通过与1R、2R伪刚体模型以及柔顺杆的数值算例对比,说明了PR伪刚体模型的优越性。

并联机器人开槽薄壁柔顺关节设计与实验

针对传统柔顺关节运动范围小、易产生轴向漂移的不足,依据3RRR并联机器人运动范围,以关节的移动范围及所需刚度作为条件,对关节的几何尺寸进行了设计计算,并用ANSYS软件进行强度分析,设计了一种新型开槽式薄壁柔顺关节。利用扭转作为主要变形方式时,该柔顺关节具有扭转角度可达到36°及轴线相对固定不易漂移的优点。根据关节设计尺寸选择65Mn为材料进行了加工,在三自由度并联机器人实验平台上进行了片簧式与开槽式两种柔顺关节的实验对比,实验结果表明设计的开槽式薄壁柔顺关节能够完成轨迹跟踪任务,且最大相对误差为6.05%,对比片簧式柔顺关节具有一定优越性。

运动副间隙引起的并联机器人误差及其补偿

针对运动副间隙引起的并联机器人定位误差,提出了通过优化驱动杆的关节角位移参数来补偿运动副间隙误差的方法。以平面3-RRR并联机器人系统为研究对象,建立运动副误差模型,研究了间隙误差引起的杆件实际长度误差和驱动杆实际关节角位移误差的变化规律。根据机器人的逆运动学方程,建立了基于全微分理论的机构误差分析模型。应用粒子群优化(PSO)算法优化驱动杆的关节角位移参数,补偿了运动副间隙引起的系统结构误差。引入线性递减惯性权重和压缩因子对标准PSO算法进行改进,给出了算法的统一表达式。误差补偿结果显示,改进PSO算法能够有效提高优化算法的收敛性能,使用优化后的关节角位移参数得到的机器人末端轨迹误差值比未补偿轨迹降低了99%以上。仿真实验结果显示本文方法能够有效补偿运动副间隙引起的系统结构误差,保证并联机器人系统的定位精度。

平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制

基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械臂末端的轨迹跟踪和末杆的姿态控制。根据分层控制思想,提出双模态模糊PID复合控制算法,针对两个子任务分别设计控制器。通过Matlab和ADAMS的联合仿真验证算法的有效性,在基于可编程多轴运动控制卡的试验台上实现平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制试验。仿真和试验结果表明,所设计的模糊PID复合控制器对平面4自由度欠驱动机器人末杆的位置和姿态控制是可行、有效的。

柔性机器人的关节设计与制作

本文设计了一种应用于并联机器人上的新型开槽式薄壁柔性关节。以并联机器人运动过程中关节所需的最大扭转刚度以及运动产生的关节最大扭转角度作为设计条件,对关节结构进行设计计算,确定关节几何尺寸。然后根据设计尺寸及使用条件,选择弹性较大并且便于加工的弹簧钢65Mn为材料进行加工制作,并将实物安装在并联机器人上。该关节利用扭转变形作为主要变形方式,具有扭转角度大和轴线相对固定不易漂移的优点。

柔顺机构PR伪刚体动力学建模与特性分析

基于伪刚体模型,综合考虑柔性杆的横向变形和轴向变形的影响,建立了末端受力作用下柔顺机构的PR伪刚体动力学模型,应用拉格朗日方程推导了其动力学方程。从方程特征、响应曲线等方面显示了PR伪刚体动力学模型的性能变化。数值分析结果表明:PR伪刚体模型引入了P副来模拟柔性杆件的轴向运动,可以更真实地体现出柔顺机构的动力学特性,更适合于柔顺机构的动力学分析与设计。

含有柔顺关节的并联机器人轨迹跟踪实验

使用柔顺关节代替刚性转动副搭建柔顺关节并联机器人实验平台.利用OPTOTRAK测量系统对3-DOF柔顺关节并联机器人动平台轨迹进行测量.实验数据的对比分析表明:柔顺并联机器人运行平稳,由轴向漂移和弹性振动引起的误差均控制在允许范围之内.

柔顺机构PR伪刚体模型

基于伪刚体模型的原理,综合考虑柔顺机构中柔性构件的横向变形和轴向变形的影响,提出了带移动副的伪刚体新模型.用移动副和转动副分别描述构件的轴向位移和横向位移,建立了柔顺机构的PR伪刚体模型.通过三维搜索得出了模型的最优特征半径系数,应用线性回归方法得到了模型的刚度系数.通过数值模拟将新的伪刚体模型与1R、2R伪刚体模型以及柔顺杆进行对比,证明了PR模型的优越性.

柔顺微夹持机构理论分析与实验

微操作系统中柔顺微夹持机构作为执行端是完成微操作的关键部件。提出了一种新型柔顺微夹持机构,利用虚功原理建立了该微夹持机构的伪刚体模型,推导了微夹持机构的位移方程,得到了该微夹持机构的输入位移与输出位移以及驱动力与输出位移关系。建立了该微夹持机构的三维模型,并在ANSYS软件中进行仿真,将仿真结果与理论结果进行比较,验证理论模型的准确性。最终加工了该微夹持机构并进行了实验,将实验数据与理论值、仿真值进行对比,进一步验证了理论模型的准确性。

弹性机构动力平衡的有效新方法

从改善弹性机构动力特性的角度研究了机构弹性动力平衡的本质问题。提出了附加弹性元件的新方法，有效地解决了弹性机构震动力、震动力矩、输入扭矩波动和运动副反力的平衡难题。首次推导出具有弹性元件的弹性连杆机构动力学方程，从理论上阐述了此平衡方法的有效性。仅用附加一根扭簧的简单方法实现了平面四杆机构的弹性动力平衡，效果明显。

Y型柔性铰链的设计与实验

为设计一种高精度、结构简单的大变形柔性铰链,提高并联平台的运动精度和零件使用寿命,本文提出了一种Y型柔性铰链。首先,借助ANSYS和ADAMS进行柔性铰链的回转中心、安装方式和行程要求的分析研究。接着,利用数控机床进行柔性铰链的加工制作。然后,利用光学坐标测量仪OPTOTRAK进行柔性铰链的轴漂测量实验。最后,进行了转动副并联平台、单片簧柔性铰链并联平台和Y型柔性铰链并联平台的圆轨迹实验。实验结果表明:Y型柔性铰链回转误差最大值为0.5962mm,Y型柔性铰链并联平台圆轨迹的误差最大值比转动副并联平台减小了42.7%。Y型柔性铰链可以很好地替换并联平台中的转动副,提高并联平台运动精度。

弹性连杆机构参量振动频率特性分析

推导了弹性机构的固有频率与各种设计参量之间的内在关系，并通过一个四杆机构实例分析了机构固有频率和动应力等特性指标对机构杆件截面参数改变的动态响应，这一研究将为进行高性能机构设计提供重要的理论依据。

近似柔顺常力机构的研制及其实验研究

研制了一种柔顺常力滑块机构,在不同输入范围、不同运动速度、不同初始角度下,对机构滑块末端所受的压力进行了实验研究,从实验的角度研究了柔顺常力滑块机构的动力学特性.

用冗余驱动方法进行柔性机构动力平衡的理论与试验研究

采用冗余驱动方法对柔性机构的动力平衡进行了研究。建立了具有冗余驱动的柔性连杆机构动力学模型, 从理论上阐述了冗余驱动的平衡原理;给出了柔性机构最优平衡方法及其数值仿真结果;用附加冗余驱动电机的方法对一平面4R柔性连杆机构的动力平衡进行了试验研究,试验结果与理论分析吻合,充分表明了该方法的有效性和优越性。

多冗余度柔性机器人运动规划

研究多冗余度柔性机器人运动规划问题。利用冗余度机器人的冗余特性 ,通过运动规划 ,可以使柔性机器人的运动精度提高。采用充分利用冗余特性的初始位形和自运动同时规划法 ,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度的平面四柔性臂机器人进行规划。通过比较 。

提高柔性冗余度机器人动态特性的最小变形能法

冗余度柔性机器人的运动规划是机器人领域的重要前沿课题之一 .利用此机器人的冗余特性 ,可以改善其运动学和动力学性能 .柔性机器人的变形能能够很好地反映出其整体弹性变形程度 .本文提出了在最小变形能意义下的柔性冗余度机器人运动学规划的新方法 .以平面三柔性臂机器人为例进行了仿真 ,通过与最小末端误差意义下的规划策略进行比较 。

具有单拐点大变形梁的柔顺机构伪刚体模型

为了分析柔顺机构中具有单拐点的大变形梁,基于伪刚体模型原理,提出一种用于模拟具有单拐点大变形梁的柔顺机构4R伪刚体模型.以伪刚体模型拐点位置误差最小为目标函数,运用优化方法得到模型的最优特征半径系数,应用线性回归方法得出模型的刚度系数.数值计算结果说明:提出的模型能够很好地模拟具有单拐点的柔顺杆末端及拐点位置.

含拐点的柔顺机构动力学建模及分析

为分析含拐点的大变形柔性梁的动态响应,建立含拐点的柔顺杆的动力学模型,基于拉格朗日方程推导其动力学方程组,在MATLAB软件中求解出其转角随时间变化的特性曲线,并与ADAMS软件仿真所得角位移曲线进行比较.研究表明:含拐点柔顺机构的拐点关节依靠各杆间的动力学耦合运动,拐点关节的转角变化很大,这体现了含拐点的柔顺机构动力学模型与不含拐点的柔顺机构动力学模型的区别,柔顺机构动力学模型能精确地反映柔顺机构的运动和变形.