9-3 Stewart型并联机器人的结构设计及奇异位形分析

以一种9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,对其进行结构设计及奇异位形分析。通过设计三重复合虎克铰链,减小了运动学求解难度;通过设计可转换主、从运动的变胞移动副,实现了变拓扑驱动;基于环路方程法推导出了并联机器人的速度雅可比矩阵,并运用代数法分析了并联机器人的奇异位形,得到了并联机器人的位置奇异曲面和姿态奇异曲面。研究内容为该并联机器人后续的轨迹规划及工作空间优化奠定了理论基础。

并联机构中奇异位形的分类与判定

基于拓扑学和微分几何等数学工具研究并联机构位形空间的拓扑几何性质,并据此对并联机构中存在的奇异位形进行分类,揭示了各种奇异位形的不同物理意义,同时给出了不同奇异位形的计算方法。该方法适用于一般并联机构的奇异位形计算。最后对几种典型并联机构的奇异性进行了分析。

3-RPS并联机构奇异位形及工作空间研究

提出一种求解并联机构无奇异位形工作空间的方法。通过分析3-RPS并联机构在奇异位形时动平台的微分运动与结构约束及关节约束的关系,得到机构奇异位形判别方程和奇异位形曲面方程。探索了工作空间边界,综合分析了机构奇异位形与工作空间的关系。合理选择机构结构参数和关节变化范围,得到了无奇异位形的工作空间。

空间转动3-SPS-1-S型并联机构奇异位形研究

奇异性是机构的固有性质,奇异位形分析对并联机构的轨迹规划和控制具有重要的意义。研究一种空间转动三自由度3-SPS-1-S型并联机构的奇异位形,构建了该并联机构的运动学模型,建立了机构位置逆解与速度映射解析方程,并求出了机构Jacobian矩阵;提出该机构奇异位形的判别准则,并引入了可操纵度这一运动性能评价指标进行奇异性分析。分析结果表明,该机构在指定任务空间具有良好的可操纵性与运动性能,但在工作空间内具有发生位形奇异的可能,在运动过程中应当避开特殊运动位置以避免奇异位形的发生。

新型两平移一转动并联机构及奇异位形分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,提出了一种能实现空间二维移动和一维转动的三自由度并联机构。分析了该机构的运动特性和运动学正反解,得到了该机构的奇异位形。该机构在结构上具有较好的对称性和解耦性。

并联机构工作空间与奇异位形综合研究

用矢量分析和几何分析的方法建立了平面3自由度并联机构工作空间的几何形状与结构参数的解析关系。将并联机构的奇异位形分为关节空间奇异和操作空间奇异,根据机构速度关系矩阵的特征,找出了机构全部的奇异位形,给出各种奇异位形的几何意义,得到极其简明的奇异位形的解析条件。采用MATLAB实例仿真,得到各类奇异位形在工作空间的轨迹和分布特征,提出确定机构无奇异位形最大工作空间的方法。

基于Grassmann线几何理论的并联髋关节试验机奇异位形研究

并联髋关节试验机的核心运动模块采用3SPS+1PS空间并联机构,由定、动平台及连接两平台的3根SPS支链和1根PS支链构成,具有3转动自由度和1平动自由度。并联机构的奇异特性对其工作性能有着重要影响,因而须对该髋关节试验机的相关性质进行研究。建立基于Rodrigues参数的机构静力学模型,得到静力学转换矩阵的一般表达式,并推导出与6条用于Grassmann线几何分析的直线相对应的Plücker矢量。通过分析各线簇秩的空间分布特点,得到许多新颖的奇异位形,并推导出机构处于奇异位形时的各种约束方程。通过数值仿真,得到线簇秩从1到5的各奇异位形对应的奇异轨迹。髋关节试验机奇异位形的研究对其工作空间分析、机构尺寸优化和控制系统设计具有重要的意义。

2-DOF冗余平面并联机构的奇异位形与冗余性研究

首先介绍一种 2 DOF冗余平面并联机构的奇异位形 ,然后分析了奇异位形对机构精度、刚度的影响 ,定义了一种机构性能的度量指标 。

新型并联机器人的奇异位形分析

奇异是并联机器人的固有性质,对机器人的工作性能有着种种影响,因此对于确定的机构,找出它的所有奇异位形具有重要的意义。从运动学角度分析,奇异位形有三类形式,每种形式都具有不同的物理意义。基于以上原因,研究一种新型6自由度3支链并联机器人3-UrPS的奇异位形,其中Ur为复合胡克铰,即2自由度球面并联机构,P为移动副,S为球副。根据机构自身的几何特点,非常方便地得出反解的唯一解析形式。对机构的反解方程进行求导,得出有规律的速度雅可比矩阵,然后通过求解雅可比矩阵的行列式,使奇异位形的解析形式很容易得出。讨论该并联机器人的第1类和第2类奇异位形,并得出3种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。

并联机构的奇异位形分析及冗余驱动控制方法

运用微分几何的方法分析了存在于并联机构中的各种奇异位形。采用冗余驱动方法解决并联机构奇异位形的控制问题。设计并实现了平面二自由度并联实验装置 。

一种五自由度并联机器人奇异位形分析

机器人工作中的安全性有很大的一部分决定于机器人本身的一些性质,因此对于机构固有的性质进行分析,找到其不安全的因素加以避免,就提高机器人工作的安全性。少自由度并联机构中很多不安全因素是由于机构的奇异位形引起的,机构的奇异位形又与机构的雅可比矩阵有密切的关系,为了使机构处于安全的工作状态就要对机构的雅可比矩阵进行分析。论文中的五自由度机构,其雅可比矩阵不是方阵,不能够利用以前的矢量方法计算其雅可比矩阵,因此,笔者采用螺旋理论分析了机构反螺旋及雅克比矩阵。通过其相应的雅可比矩阵分析了机构可能出现奇异的位置,从而使机构可以实现安全的工作。

3-RPS并联机构奇异位形分析

文章提出用螺旋理论的方法来构造包括结构奇异和约束奇异信息的雅可比矩阵 ,应用这种方法针对 6PM2机床的 3-RPS并联机构奇异位形进行分析。提出的分析方法可以为并联机构的机构设计和控制提供理论依据。

基于矢量积法的六自由度工业机器人雅可比矩阵求解及奇异位形的分析

论述六自由度工业机器人奇异位置奇异和姿态奇异的问题。由于雅克比矩阵反映操作臂笛卡尔空间速度与关节空间速度之间的映射关系,因此,利用矢量积法求得雅克比矩阵,并将其分块,得雅克比行列式为零时对应的关于关节角表达式,利用关节角表达式得其臂部内部奇异和腕部内部奇异,由关节角的极限范围得边界奇异。最后仿真得出奇异位姿所对应的关节转角及其关系式,为示教、轨迹规划及其动力学分析提供了可靠的依据。

Mecanum轮全方位运动系统的约束条件及奇异位形

通过对Mecanum轮全方位运动系统的运动学解析,给出系统轮结构对系统实现全方位运动的约束条件。约束条件包括轮数量、轮结构参数、轮组几何布局结构形式与系统实现全方位运动的关系等,同时分两类轮组布局结构形式讨论系统中存在的奇异位形,并给出减少或避开系统奇异位形的方法。

一种新型并联机床的奇异位形解析

提出了一种以空间三自由度并联机构作为主进给机构的并联机床新结构。建立了并联机床主进给机构位置分析的输入输出方程,推导了奇异位形判别的解析表达式。该判别式在形式上为多项式代数方程,在推导过程中引入数值-符号处理技术,得到了多项式代数方程中每一系数元素的数值-符号形式的解析表达式。主进给机构的奇异位形的集合为参数空间的曲面片,得到了奇异曲面方程及奇异曲面的截面曲线图。

一种混联型虚拟轴机床奇异位形分析的解析法

建立了一种混联型虚拟轴机床主进给机构位置分析的输入输出方程 ,并推导出奇异位形判别的解析表达式。该奇异位形判别式为一多项式代数方程 ,在推导过程中引入数值 -符号处理技术 ,得到了多项式代数方程中每一系数的数值 -符号形式的解析表达式。该机构的奇异位形的集合为参数空间的曲面片 ,得到了奇异曲面方程及奇异曲面的截面曲线。

并联式液压压力机机构的奇异位形和运动精度分析

提出了一种并联压力机的结构设计,对比传统的液压机,其具有更高的结构刚度和承载能力,更大的增力比以及更高的运动精度。针对机构设计中关键的奇异性问题,在运动学分析的基础上,通过速度雅可比矩阵的奇异判定了机构运动中的3种奇异位形出现的条件与机构奇异姿态,并提出了避免奇异位形的解决方案。而后,以平均运动精度敏感系数为评价指标,分析了输入控制精度对输出运动精度的影响。通过确定一个无量纲的设计空间,绘制了机构运动精度的性能图谱,从而论证了该结构的高精度的特点,并有助于根据精度要求进行参数优化。

基于旋量理论的四自由度抓取机械手奇异位形分析

机构奇异位形是影响机构运动学性能的重要因素之一,机械手的奇异位形可导致机构锁死、控制复杂化、危害人员安全等问题.本文针对四自由度抓取机械手采用旋量理论对该机械手进行了运动学分析,并推导出了机械手奇异位形,采用随机取点法验证了旋量方法的可行性.在此基础上,利用MATLAB Robotics对奇异位形进行了仿真分析.仿真结果表明,应用旋量理论求解的奇异位形数据准确,可有效剔除机械手奇异位形,确保机械手高速准确完成抓取任务.

新型空间5自由度并联机构的奇异位形分析与规避

采用约束支链法设计了一种新型空间5自由度并联机构,用于实现动平台的三维移动和两维转动.文中首先利用螺旋理论分析了该并联机构的自由度,推导了机构的约束子矩阵和运动子矩阵,在此基础上建立了机构的完整雅克比矩阵;然后,利用该雅克比矩阵分析了机构发生奇异的条件,并通过选择动平台工作范围或改变结构尺寸,给出了规避并联机构奇异位形的具体方法;最后,通过数值算例验证了所提奇异位形规避方法的正确性和有效性.

新型6自由度3-U^r RS并联机器人的奇异位形分析

研究了一种新型6自由度3支链并联机器人的奇异位形,利用机构的运动学反解方程和雅可比矩阵得出了精确的奇异位形的解析形式。从运动学角度分析,奇异位形有3类形式,每种形式都具有不同的物理意义。研究了该并联机器人的第一类和第二类奇异位形,并画出了4种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。