新型4RPUR并联机器人机构运动学分析与尺度综合

以支链为RPUR的4RPUR并联机器人机构为研究对象,首先根据方位特征集理论验证运动性质,利用SolidWorks软件建立三维模型图,其次利用杆长约束条件进行运动学位置逆解分析,再次利用图形化方法得到工作空间与转动能力性能图谱,最后选择鲸鱼优化算法(WOA)完成参数尺度综合。结果表明:优化后的工作空间边界光滑、对称分布,为机构应用设计提供了参考依据。

“新工科”背景下机器人机构设计课程支架式教学策略设计与实践

“新工科”背景下,亟需培养一批实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。但传统教学方式,以灌输式教学方式为主,难以满足人才培养需求。从成果导向理念(OBE)出发,依据支架式教学策略,本文创新提出一种《机器人机构设计》课程设计方法,以学习者为核心,通过支架帮助学生更好掌握、建构和内化所学知识和技能,最终实现知识的积累和技能的培养,并按照5个教学环节进行课程实践。结果表明,本文的课程设计方法,使学生很好地掌握了机器人机构设计课程理论和方法,是一种行之有效的教学策略,可为其他新工科专业人才培养的教学模式提供有效借鉴。

机器人机构学课程实践教学改革研究

机器人机构学是机器人工程专业的核心课程,涵盖机器人的构型原理、优化设计、运动分析和力学分析等内容,具有高度抽象性和严密逻辑性等特点,对培养学生的工程实践经验和跨学科综合能力具有重要意义。随着机器人技术的快速发展,当前的教学模式已经无法满足行业的人才需求,亟需更新教学内容和方法,以适应行业发展和人才需求。引入项目式实践教学模式,整合原有课程教学资源,开展与课程配套的创新实践项目研究。以期构建适合机器人工程专业的机器人机构学课程的教学新体系,这将为机器人及其他新兴学科的实践教学提供参考。

基于单开链单元的三平移并联机器人机构型综合及其分类

以单开链支路为单元,揭示了并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了三平移并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到33个机构,并进行了分类。其中29个机构为首次给出。提出的三平移并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义,并已用于其他运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。

机器人机构结构综合方法的基本思想、特点及其发展趋势

对机器人机构结构综合3种方法(基于螺旋理论的方法、基于位移子群/子流形的方法和基于方位特征的方法)的基本思想与特点进行比较研究。研究表明,基于方位特征的方法具有显著的特点:可得到非瞬时机构和非瞬时自由度,机构存在的几何条件具有一般性(以上不同于基于螺旋理论的方法);结构学基本方程揭示了机构的拓扑结构、运动方位特征和自由度三者之间的显式映射关系,运算规则较少,且几何意义明确,易于操作,只使用简单的数学工具(矢量代数等),便于设计者理解和应用,适用于所有机构(不含Bennett等一类机构)的结构综合(以上不同于基于位移子群的方法)。研究亦表明,基于单开链单元的结构组成原理,构建机构结构学、运动学和动力学三者密切相关的系统理论与方法是机构拓扑结构学发展的重要方向之一。

基于单开链单元的三平移一转动并联机器人机构型综合及分类

以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律。提出了输出运动为三平移及一定向转动的并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到 5 0个新机构 ,并对其进行了分类。提出的 4d.o.f.并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义 ,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。

基于单开链单元的三平移一转动并联机器人机构型综合

以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律。提出了输出运动为三平移及一定向转移的并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到 5 0个新机构 ,并进行了分类。提出的 4d.o.f.并联机器人机械综合方法具有普遍性意义 ,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。

并联机器人机构位置正解

从简单、特殊的并联机构开始， 首次获得３－ ＴＰＳ、３－ ６ ＳＰＳ台体机构位置正解。沿２ 条途径， 分别获得５－ ４ （ｄ） 型、６－ ４ 型机构、６－ ４ 台体机构、６－ ５ 型机构和３－ ３ 型的５－ ５、６－ ５ 式机构位置正解，并验证了机构解的数目。这些分析结果在国内具有领先地位。对一般６－ ６ 型平台等机构的分析具有国际先进水平。

码垛机器人机构设计与控制系统研究

针对物流自动化行业中对箱包高速码垛的需求,并依据搬运机器人的性能要求,设计了一种四自由度的码垛机器人。重点分析了码垛机器人的运动学研究,推导了运动学正反解公式及最大工作空间的判断且规划了运动路径,进行了图形仿真,验证了运动轨迹的正确性,利用分布式二级控制结构实现系统的监控和作业管理,协调各关节的运动,准确地跟踪轨迹规划并自主开发码垛机器人控制软件。通过盒控制方式,实验结果表明,所设计的机器人已可满足在物流自动化的目标要求。

新型三平移并联机器人机构动力分析与动态仿真

分析了一种新型 3{ R∥ R∥ C}型三平移并联机器人机构的动力学特性 ,并在 ADAMS上建立仿真运动模型 ,获得了有关运动学及动力学特性曲线 。

4-UPS-RPS并联机器人机构及其静力学分析

提出了一种4-UPS-RPS新型空间5自由度并联机器人机构.运用约束螺旋理论分析了4-UPS-RPS并联机器人机构实现3转动和2移动5个自由度运动的机构学原理,计算其自由度,分析其驱动输入选取的合理性.建立了4-UPS-RPS并联机器人机构的静力学平衡方程和静力传递矩阵,以该机构作为并联机床的应用实例,求解其静力学方程.该研究为并联机构的优化设计和运动规划提供了理论依据.

一种新型并联机器人机构的运动分析及完全各向同性设计

提出了一种新型二移动一转动的三自由度空间并联机器人机构,分析了其位置和速度的正逆解析解,讨论了机构的奇异性。由于该机构的雅可比矩阵为3×3阶对角阵,因此该机构为无耦合并联机构。根据机构雅克比矩阵条件数恒等于1的条件,对机构的各向同性进行设计,得到了具有完全各向同性特性的机构结构尺寸条件。

基于同伦法的对称并联机器人机构位置分析

采用同伦法对具有对称结构的并联机器人机构 (6 - 6 SPS Stewart)进行了位置分析 ,建立了该对称并联机器人机构位置分析的数学模型 ,以结构参数和杆长变量作为修正系数 ,构造了一种新的系数同伦方程 .针对目前同伦法跟踪过程中的路径交叉问题 ,研究了同伦方程的复常数对路径跟踪的影响 .提出了复常数的选取原则 .采用同伦方程可以快速得到具有不同结构参数的对称结构的 6 - 6

一类新型三平移并联机器人机构的位置分析

分析了一类新型三平移并联机器人机构 ,求得其正逆运动位置的解析解 .较之已有的三平移并联机构 ,此类机构不仅位置分析解数低 ,求解容易 ,而且正解还具有一定解耦性 .机构运动的解耦性与机构的拓扑结构、尺度型、主动副的选择等多种因素有关 .本文研究的新机构采用特殊的几何配置极好地解决了并联机构多支路对称布置时不利于解耦、易多出非独立输出运动项的弊端 .同时 ,发现C ,P副的采用可降低运动求解特征数 (方次 ) ,而将C副中的线性移动作为主动输入时其解耦程度优于将旋转运动作为主动输入 .机构运动的解耦性为并联机器人的实时控制与规划提供了有利基础 .

求一般6-SPS并联机器人机构的全部位置正解的混沌迭代方法

采用简单的牛顿迭代法迭代,并将非线性方程视为非线性的动力学系统,利用使系统产生混沌的Julia集的点求解方程的全部实数解,而Julia集的点在Jocobi矩阵行列式的值为零的解集的邻域内,给定矩阵的行列式的值的表达式的一些变量为已知,仅有一个变量未知,把它转化为一元非线性方程,进而求出一元非线性方程全部解.再在给定变量的邻域内取定给定变量,根据一元非线性方程的全部解以确定该变量的搜索范围,运用粗、精迭代法求解全部位置解.运用该算法编写了MATLAB程序,对一般机器人6-SPS机构的全部位置正解问题进行了研究,得出了Jocobi矩阵的通用表达式,从而得到了其全部位置正解,为实际的6-SPS机构的位置正解问题提供了全新的方法.

求一般6－SPS并联机器人机构的全部位置正解

研究了上下平台均不为平面的一般一般６－ＳＰＳ并联机器人机构的位置正解问题。首先建立了含６个变量的位置正解方程组，然后采用四元齐次化法，跟踪９６０条同伦路径，求出了其全部４０组位置正解。

6-CRS并联机器人机构及其位置分析

提出一种新型6-CRS广义Stewart并联机器人机构,建立了其几何模型。应用螺旋理论分别分析了以圆柱副中的转动和线性移动作为主动输入的合理性,研究了相应的机构位置正反解问题。为提高差分进化算法(DE)的寻优效率,将其改进为自适应逃逸差分进化算法(AEDE),可有效克服早熟收敛并提高计算精度。建立了以转动输入为主驱动的机构位置正解非线性方程组,并应用AEDE求其解;推导了以移动输入为主驱动时的位置正解封闭表达式。数值实例表明,AEDE能快速求出以转动输入为主驱动时的全部高精度位置正解,并通过位置反解验证了位置正解的正确性。

空间2T1R型并联机器人机构的设计与运动学分析

提出一种新型3自由度空间并联机器人机构,该机构由动平台、定平台和联接两平台的3条结构不同的分支运动链组成,机构动平台具有二维移动一维转动(2T1R)自由度。通过将动平台退化为末端操作器和机构3条分支运动链排列次序的调整,演化出另外两种新型2T1R并联机器人机构,且演化后的机构末端操作器具有更高的转动性能,能实现360°回转。基于螺旋理论对所提出机构的自由度进行了分析和计算,推导出机构的运动学解析解,包括位置、速度和加速度。由于机构雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1,故此类并联机器人为完全各向同性机构。

三平移弱耦合并联机器人机构机型及位置精度分析

针对基于混合单开链的三平移弱耦合并联机器人机构机型设计的一种新方法,阐述了动平台可实现三平移的实用新机型的设计过程。基于并联单开链求交思想,给出了静平台上三个转动副为主动副、具有弱耦合的多种新的基本机型。针对该类机构建立运动学模型和误差模型,研究了影响该类机构并联机器人操作器精度的因素,由于该类机构具有弱耦合特性,使得用软件方法提高机构精度值变得方便易行。运用正交网格方法分析了各杆长及参数对末端精度的影响程度,找到了影响该机构误差的主要因素,为提高该类并联机构机器人末端输出精度提供了依据,具有很大的实用价值。

并联机器人机构加速度的性能指标分析

给出了统一的对任何少自由度并联机器人机构和并联多环非对称机构都适用的速度和加速度的性能指标、线加速度和角加速度的性能指标、六自由度并联机器人机构的加速度性能指标、线加速度和角加速度的性能指标;少自由度并联机器人机构和并联多环非对称机构都适用的全条件性能指标;六自由度并联机器人机构和少自由度并联机器人机构及并联多环非对称机构都适用的控制精度度量指标。