运动解耦且大工作空间三平移机构拓扑设计

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计方法和运动解耦设计原理,提出一个运动解耦性优异的单回路三平移子并联机构;设计一类4个具有正向位置符号化、部分运动解耦性且具有较大工作空间的三平移(3T)并联机构;对这类机构进行拓扑特性分析,得到相同的方位特征集(POC)、自由度(DOF)、耦合度(κ)、运动解耦性等主要拓扑特性;对其中一个机构进行运动学、动力学性能分析。根据基于拓扑特征运动学建模原理,求出其符号化位置正反解,以及速度、加速度曲线;基于推导出的位置逆解公式,分析机构的奇异位形及工作空间;根据基于序单开链的虚功原理,进行其动力学建模与分析,求解出机构的驱动力。

2-RRR并联机构的运动学及工作空间分析

针对当前主从式医疗手术机器人主手结构设计及高精度运动的需要,设计了一种可在空间中做定心运动的两自由度并联机构-2RRR型并联机构。首先,基于约束螺旋理论分析了该2-RRR并联机构的自由度数目和性质,并采用修正的Grübler-Kutzbach准则对机构的自由度分析进行验证;然后,基于机构的结构特性及几何约束条件,采用封闭矢量法构建了机构的正逆运动学模型,获得了其位置的封闭解;最后,通过仿真软件Adams对机构进行了运动学仿真计算验证,仿真结果证明了机构设计的合理性及运动学求解方法的正确性,为该并联机构在医疗手术机器人主手中的设计与应用提供理论依据。

偏置铰链并联机构工作空间灵敏性分析与优化

为解决偏置铰链并联机构工作空间难以直观评估和设计的问题,基于构型参数对其工作空间进行灵敏性分析,提出了一种工作空间寻优方法。首先,以6-RRRPRR构型并联机构为研究对象,推导出该机构的逆向运动学和雅可比矩阵;然后,基于数值法建立了机构的工作空间,针对位置工作空间不规则的问题,获取了其有效工作空间,在此基础上,对机构工作空间进行了参数灵敏性分析;最后,结合工程实例提出了一种工作空间寻优方法,可以依据设计条件寻找符合机构运动要求的构型参数组合,便于工程应用。

大跨度吊装机器人绳索张力及工作空间求解

针对大跨度吊装机器人的绳索存在悬链线效应的问题开展研究。首先,绳索为直线模型,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,绳索存在重力,大跨度绳索为悬链线模型,为了求解悬链线模型中的绳索张力,采用二次规划方法求解绳索张力优化解。在静力学方程基础上,求得吊装机器人的力可达工作空间和力封闭工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证,仿真结果表明,力可达工作空间小于力封闭工作空间。比较两种模型的绳长,第1根绳索的长度变化最大,绳索张力较小时,绳索自重不容忽略。

3UPU-UP并联平台可操作性与工作空间分析

6支链并联平台存在着复杂的位置约束,并且当控制算法失效时对机械结构容易造成损坏,因此,针对一种3UPU-UP并联平台对其进行运动学可操作性与工作空间分析。首先通过矢量法与运动学的分析,得出了3UPU-UP并联平台运动学模型,以此为基础,首次将串联机械臂可操作度的评价指标与3UPU-UP并联平台的机构结构特性相结合,对3UPU-UP并联平台的可操作度进行了计算、分析和可视化处理;并将蒙特卡洛法与正运动学相结合对并联平台的工作空间进行了计算、分析和可视化处理。能够更加直观、完整表述并联平台的可操作度和工作空间。研究成果为3UPU-UP并联平台的设计提供了理论依据并证实其理论上的可行性。

面向皮肤大面积损伤修复的原位打印系统工作空间分析

皮肤大面积损伤修复一直是临床上亟待解决的难题。目前,常用的修复方法主要为自体皮肤移植和伤口敷料治疗,但这些方法不能同时满足皮肤大面积修复和定制化治疗的需求。原位皮肤打印技术为皮肤大面积损伤修复提供了新思路,但现有的生物打印设备打印范围小且打印精度低,无法实现皮肤大面积组织的随形打印。为解决上述问题,提出了一种由Stewart并联机器人、直线模组机构、打印头和三维扫描仪等组成的原位皮肤打印系统。其中,Stewart并联机器人的重复定位精度高且累积误差小,其作为打印驱动装置可实现高精度的皮肤原位打印;Stewart并联机器人具有6个自由度,可在三维空间中实时调整打印角度,使得生物墨水能够沿皮肤曲面完整地覆盖在皮肤损伤处,有利于伤口修复。为分析所设计原位皮肤打印系统的可行性,通过数值法计算并联机器人的工作空间,得到了原位皮肤打印系统的工作范围,并通过打印实验进行了验证。实验结果表明,并联机器人可按照指定路径运行,打印头在打印过程中可稳定喷射生物墨水;原位皮肤打印系统的工作范围与并联机器人的工作空间基本吻合,可满足皮肤大面积损伤修复的需求。研究结果为后续的皮肤大面积修复动物实验奠定了理论基础。

多运动模式并联机构工作空间分析

面对行业对自动化装备的重大需求,引入一种由移动副驱动的并联机构,该机构具有多运动模式、大工作空间等特点,可用于钻孔、装配、检测等领域.为了分析并联机构的工作空间,采用闭环矢量法建立不同运动模式下系统通用的运动学模型;在此基础上,考虑滑块行程、关节转角等约束条件,提出空间搜索法搜索不同运动模式下并联机构的可达工作空间.结果表明:在不同的运动模式下,并联机构的工作空间连续无空洞,该结果为后续的机构设计及应用提供了理论依据.

人形机器人双臂工作空间分析方法研究

采用几何分析法研究了人形机器人在物流搬运场景中,双臂基座设计参数对人形机器人双臂工作空间产生的影响。对人形机器人以及搬运目标物体进行建模,将搬运目标、双臂构型以及双臂安装基座进行量化分析,确定量化关系中的约束条件,包括机械臂的运动范围、干涉条件等。使用数学方法建立各个变量之间的数学关系式,分析搬运目标、机械臂构型以及双臂基座之间的关系,通过限定机械臂构型、搬运目标箱子尺寸范围,计算双臂基座参数,以获得人形机器人在物流搬运场景下搬运目标箱子的最优工作空间。在选定的搬运目标上进行搬运实验,验证优化后的双臂工作空间。实验结果表明,该方法能够针对工作场景分析出双臂协同运动的工作空间,并通过约束限定,计算出最优工作空间下的双臂底座设计参数,为人形机器人双臂协同运动空间最大化提供双臂底座设计思路。

4UPS-RPS并联机器人工作空间分析及参数优化

针对一种4UPS-RPS并联机器人,为增大该机器人的工作空间,对其进行工作空间分析和结构参数优化。首先进行机器人的运动学分析,确定动平台的姿态和驱动分支之间的映射关系。然后利用数值法和MATLAB软件求解机器人工作空间体积。接着通过单一因素分析法和正交实验法共同分析并联机器人各种结构参数对其工作空间体积的影响,结果表明各参数影响程度由大到小分别为:驱动分支杆长最大值、转动副转角范围、驱动分支杆长最小值、动平台半径,且当驱动分支杆长最小值为340 mm,最大值为640 mm,动平台半径为140 mm,转动副转角为±52°时得到最大工作体积为2.49×10~7 mm3,较优化前提高了107.5%。最后建立样机进行实验,证明了建立模型的正确性。4UPS-RPS并联机器人工作空间分析及参数优化为提高机器人的工作能力提供了重要的基础保证。

并联机构工作空间及参数优化研究

以6-PSS Stewart平台为研究对象,分析影响并联机构工作空间的主要因素如并联杆长度、运动副转角、并联杆干涉等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空间边界,计算出相应形状的工作空间体积。提出工作空间灵敏度因子来衡量机构参数对工作空间的影响程度。最后根据各机构参数工作空间灵敏度因子的分布情况进行工作空间体积的最优值研究。为并联机构的结构设计和进一步研究奠定了基础。

基于MATLAB软件的六自由度机械臂工作空间研究

基于MATLAB软件,应用Denavit Hartenberg法建立六自由度机械臂的数学模型,并使用蒙特卡洛法求解六自由度机械臂的工作空间,为其它机械臂工作空间的研究提供参考。

平面并联机器人机构工作空间边界的元胞搜索算法

提出一种平面并联机器人机构工作空间边界的元胞搜索算法,简要介绍了元胞自动机邻域的类型,描述了该方法的边界点搜索过程,以3RPR平面并联机器人机构为例,建立运动学方程并计算机构的运动学逆解,以逆解作为约束条件运用元胞搜索算法实现边界点的求解。最后采用三种类型的邻域分别进行3RPR平面并联机器人机构工作空间求解,结果表明,三种类型的邻域都能实现工作空间的求解,其中扩展的摩尔邻域所求解的空间边界点最准确、清晰。

模块化多足机器人腿部工作空间研究

为了使机器人能够适应复杂的工作环境,提出了一种新型模块化可重构多足机器人,其六条腿在正六边形躯体的六个面上均匀分布。机器人具有臂腿转换功能,机器人执行任务时,能够将腿转换成机械臂。首先,基于Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立机器人腿部的数学模型,并进行运动学分析。然后采用蒙特卡洛法对机器人的腿部工作空间进行求解,为后续机器人的运动控制、执行任务提供参考。

Stewart平台铰点工作空间的研究

针对并联六自由度运动平台工作空间大小与结构尺寸参数评价关系问题进行了探讨,提出了6-6结构六自由度并联机构铰点工作空间的概念,并以此出发建立了工作空间大小与尺寸参数的联接关系表达式,从而实现了直接依据工作空间大小进行结构尺寸设计而不必进行大量工作空间反复核算。通过仿真实验不仅验证了投入使用的飞行模拟器六自由度运动平台结构设计的合理性,而且依据铰点工作空间的原理构造出Stewart平台位置可达工作空间。此方法既为系统总体结构参数合理选择提供理论依据,又对Stewart平台工程设计提供机构边界运动范围,为工作空间的分析与综合提供了新途径。

多机器人协调吊运系统动力学工作空间分析

针对多机器人通过柔索协同吊运同一重物的并联机器人系统,分析不同因素对系统动力学工作空间的影响。依据力旋量平衡方程建立了吊运系统的动力学模型,采用虚拟柔索法给出了该欠约束系统力旋量封闭的解决方案,并对系统的动力学工作空间和工作空间质量进行了分析。通过实例仿真计算得到了系统在不同工况下的动力学工作空间,并获得不同因素对系统动力学工作空间的影响规律,所得结果为进一步研究系统轨迹规划和运动稳定性提供了一定的基础。

一种并联机构最大内切工作空间的几何求解

通过研究一种基于外副驱动的ＤＥＬＴＡ并联机构工作空间的几何求解方法，提出该机构工作空间的最 大内切工作空间的概念，给出任意工作空间截面上最大内切工作空间的内切半径，并以实例给出该机器人最大内 切工作空间的几何形状。

含闭环球铰的三自由度并联机构工作空间分析

目的为并联机床找到最优的工作空间范围,提出一种含闭环球铰的三自由度并联机构。方法根据并联机构的运动学反解,首先求解速度雅克比矩阵;随后在速度雅克比矩阵的基础上,分析并联机构的3种奇异位置,给出奇异位置的数值解,并仿真并联机构在剔除奇异位置情况下的理论可达工作空间;最后,分析并联机构的灵巧度,找到并联机构在理论可达工作空间下灵巧度为0的位置,确定并联机构动平台实际可达工作空间。结果在剔除奇异位置和灵巧度为0的位置之后,并联机构实际可达空间的x轴位移从[-10 mm,5 mm]减小到[-9 mm,-5.4 mm],z轴位移从[-790 mm,-650 mm]减小到[-790 mm,-677 mm],并联机构的转角范围由理论范围的[-30°,80°]转变为[32.544°,64.114]。结论通过分析灵巧度的方式得到并联机构的实际可达工作空间,证明灵巧度对并联机构的工作空间有着较大的影响,从而为该并联机构用于并联机床设计提供一定的理论依据。

6—3—3并联机构工作空间分析与仿真

提出了6-3-3并联机构在给定姿态下工作空间分析的计算机仿真方法,该方法要点是:对给定的三维空间,不需拆解支链杆,只需使用三维搜索法遍历该空间,基于该机构逆位移解,结合滑块运动范围、球铰链半锥角最大值、奇异性条件和支链干涉动画检验,即可排除该三维空间中位姿不可能点,同时显示其中位姿可能点集——工作空间边界三维图形,作为推论还给出了使用工作空间截交面检验其内部是否存在空腔的方法。为6-3-3并联机构的设计和轨迹规划提供了基础。

一种新型3-UPS并联机构及其工作空间分析

设计了一种新型3分支6自由度3-UPS并联机构,建立了该机构的运动学反解模型,给出机构主要约束,应用三维极坐标边界搜索方法绘制出在定姿态工作空间截面图和边界三维实体图,分析了机构参数对工作空间体积大小的影响规律,为机构参数的选取提供了依据。该并联机构工作空间大、连续性好,适合作为机器人步行器的腿结构。

Stewart机构姿态奇异及姿态工作空间的研究

推导出6/6-SPS型Stewart机构处于固定位置时机构的姿态奇异轨迹的解析表达式。利用位置反解方程并综合考虑所有的结构约束条件,提出了一种计算6/6-SPS型Stewart机构的姿态工作空间的离散算法,基于此算法提出了计算该并联机构的实际姿态工作空间的离散算法。通过计算机仿真给出了6/6-SPS型Stewart机构的姿态工作空间和实际姿态工作空间的三维可视化描述。