3-UPU转动并联机构的两类位置正解分析

根据纯转动型 3 UPU并联机构的几何特点 ,使用四元数变换方法 ,构造了一类单正交条件下的 3 UPU并联机构位置正解分析的参数化方程 ,可使用三角恒等变换来求解该方程 ;并使用单位四元数变换求出其双正交条件下的 8个封闭的位置正解 ,该正解为

转动型3-UPU并联机构的奇异构形分析

使用四元数变换推导出转动型3-UPU并联机构的雅可比矩阵,根据该机构的几何特点和雅可比矩阵的特点,提出了转动型3-UPU并联机构的奇异构形判别准则.在转动型3-UPU并联机构中,当沿三个连杆的直线相交于一点时(初始构形),或者当动平台方向是由初始构形绕与静平台三角形三边平行的轴线转动而得到时,其构形为奇异;或者在给定的阈值下,当动平台方向是由初始构形绕与静平台平面平行的轴线旋转而得到时,易接近奇异构形.

移动型3—UPU并联机构的刚度分析

分析了移动型3—UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律。结果表明,并联机构几何参数的变化只对工作空间的大小和形状有影响,而对刚度矩阵的特征向量大小及方向几乎没有影响,最小刚度方向分布在垂直于静平台平面的锥体内。移动型3—UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用。

转动型3-UPU并联机构的刚度分析

根据由并联机构的Jacobian矩阵表达的刚度矩阵,本文分析了转动型3-UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律。结果表明,最大刚度方向占据了相对稳定和集中的部分,并且当动平台平面和静平台平面接近平行时,并联机构的刚度较高。转动型3-UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用。

基于Matalb的纯平动3-UPU并联机构正运动位置解及工作空间分析

采用空间机构螺旋原理,分析了3-UPU并联机构的构型和纯平动特性。给出了连续型多项式代数拓扑法,构建3-UPU并联机构的正运动位置解的非线性方程组,并对方程组进行计算。该方法无需给定值就能有效逼近并联机构非线性方程组的解,且可解决方程组求解时出现的分叉和散度问题,对超越问题的解析具有重要的参考意义。基于Matlab/Simmechanics构建3-UPU并联机构PID控制模型并分析其工作空间,验证并联机构构型设计中螺旋理论应用的准确性。该方法对求解多自由度并联机构运动学问题有切实可行的借鉴意义。

新型3-UPU平移并联机构的设计与奇异分析

基于Tsai提出的3-UPU并联机构原型，设计了一种改进的新型3-UPU并联机构，并对其进行了约束奇异分析，从而提供了一种可以改善3-UPU机构奇异特性，使其尽量远离约束奇异的机构设计方法。首先，分析了3-UPU并联机构的末端约束螺旋系，并将约束螺旋矩阵的条件数作为机构发生约束奇异的衡量指标，从而量化了机构接近约束奇异位形的程度。当条件数无穷大时，约束矩阵严重病态，而此时所讨论的机构就发生约束奇异。然后，基于得到的约束图谱，选择最小值作为机构优化设计的目标，即：使机构的约束条件数保持在最小值附近。最后，分析讨论了改进型机构的奇异问题，结果表明，改进型3-UPU机构不容易发生奇异。

3-UPU冗余驱动并联机构的冗余支链优选及仿真

由于当前3-UPU冗余驱动并联机构存在奇异缺陷,造成冗余支链选择方法可靠性低、刚度分布不均。提出一种新的3-UPU冗余驱动并联机构冗余支链优选方法。设计了3-UPU冗余驱动并联机构和自由度要求。将运动平台位姿参数看作变量,求出3-UPU冗余驱动并联机构的力矩阵和力矩矩阵。获取3-UPU冗余驱动并联机构输入,通过位置方程求出驱动螺旋参数和非冗余支链的驱动螺旋,提升可靠性。计算冗余驱动螺旋的参数,获取条件数机构的相关信息,确定刚度矩阵的力矩阵和力矩矩阵,利用灵巧度与刚度获取条件数和刚度最佳的冗余支链,解决刚度分布不均的问题。实验结果表明：所提方法可靠性高、刚度分布均匀。

3-UPU冗余驱动并联机构采矿中的伴随运动消除（英文）

3-UPU并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-UPU并联机构采矿中的干扰。对3-UPU并联机构存在的非期望转动问题进行强度评估,根据评估结果限制螺旋和伴随转动间的互易积非零,限制螺旋对伴随转动进行做功。得到伴随转动自由度运动的范数描述,依据范数检测误差限制对非期望转动的干扰幅度,通过添加冗余驱动支链的方法,消除并联机构采矿中的伴随运动。实验结果表明:采用所提伴随运动消除方法时的并联机构工作空间满足采矿升沉幅值以及位移的要求。

3-UPU并联自动调平机构控制系统设计

为解决自动调平机构系统稳定性差和调平精度低的问题,设计了一种基于3-UPU并联机构和PI鲁棒滑模控制的调平系统。首先,基于螺旋和反螺旋理论,设计了一种3-UPU并联机构作为系统的调平机构,并建立了机构的动力学方程,为调平控制系统提供了控制对象。然后,在PI控制的基础上,利用鲁棒滑模算法的抗摄动、实时修正系统非线性的功能,设计了一种PI鲁棒滑模控制器,并运用Lyapunov函数证明了控制器的稳定性。最后,分别采用两种控制方法对机构的调平误差进行了仿真分析,结果表明:PI鲁棒滑模控制器有更佳的调平精度和较小的稳态误差,为调平机构的研究提供了一种参考方案。

3-UPU并联机构运动学性能分析

为提高并联机构的设计效率和设计的准确性,以3-UPU并联机构为研究对象,对其进行运动学性能分析,利用矢量法推导出机构的正、逆解公式。通过微分法推导出机构雅克比矩阵,同时建立机构输入速度与输出速度之间的映射关系,通过二次求导建立机构输入加速度与输出加速度之间的关系。利用Matlab软件进行速度与加速度的仿真计算,并绘制出并联机构输入速度(加速度)与输出速度(加速度)之间的关系,并与ADAMS软件虚拟仿真结果进行对比,从而验证3-UPU并联机构数学模型与三维实体模型的正确性。

移动型3-UPU并联机构静态稳定性分析

使用最小势能原理,对刚性支撑3-UPU并联机构进行了静态稳定性分析。稳定性分析中,将并联机构的连杆分解为包含油液在内的三部分,通过建立并联机构的Lagrange势能函数,得到反映机构静态稳定性的Hes-sian矩阵,并由此提出了机构不同稳定性状态的比较判据。分析和计算表明,在工作空间中,移动型3-UPU并联机构在由几何构型所确定的工作空间中的静平衡基本上稳定。

基于PMAC运动控制器的3-UPU并联机构数控系统的实现

以3-UPU并联机构机械本体为控制对象,利用齐次坐标变换进行该机构的运动学分析。推导了正逆解公式。开发了以IPC+PMAC运动控制器为核心的主从开放式数控系统框架,并以此为基础设计了数控硬件系统,绘制了电气接线图与接线表。搭建了该数控系统软件界面,完成了上位机程序和下位机程序的编写。最后以典型运动轨迹为例,验证数控系统的可行性。

3-UPU并联机构的速度和加速度分析

不同于串联机构,并联机构在运动过程中单支链的速度或加速度易发生突变,从而导致并联机构运动末端难以平稳控制。以3-UPU并联机构为研究对象,采用空间封闭矢量法和矩阵分析法,构建机构单支链、动平台虎克铰点和静平台虎克铰点的运动学矢量模型,对矢量模型进行一阶和二阶求导,推导出机构单支链及其构件质心的速度、加速度模型,通过单支链的矢量模型对3-UPU并联机构单支链及其构件质心的速度和加速度进行分析,求解出速度、加速度表达式。该分析为机构的结构参数设计和运动控制等提供了理论设计依据。

3-UPU并联机构多目标参数的优化

在同一工作空间下,并联机构的结构参数不同,将导致不同的运动性能,因此,获得并联机构最优结构参数是机构运动性能的重要保证。针对这一问题,选取3-UPU并联机构作为研究对象进行运动学分析,建立机构的运动学方程,并根据其正逆解公式求出了3-UPU并联机构的雅克比矩阵;在给定的工作空间内,利用3-UPU并联机构的雅克比矩阵的条件数,通过遗传算法对并联机构的结构参数进行优化分析,该设计数据为并联机构结构参数设计提供了理论基础。

考虑关节摩擦的3-UPS/PU并联机构模糊自适应滑模控制

为克服3-UPS/PU并联机构关节摩擦力突变现象带来的跟踪畸变问题,设计了一种模糊自适应滑模控制方法。首先在机构动平台工作空间内建立该机构的整体动力学模型。针对切换型滑模控制驱动力抖振以及自适应滑模控制(ASMC)对摩擦突变较敏感的不足,提出一种模糊自适应滑模控制(FASMC)方法,该方法以自适应理论为基础,可以在线估计包括摩擦在内的系统模型不确定项,自适应增益通过模糊逻辑系统实现了动态调整,相比ASMC可以更准确地逼近摩擦的变化情况,从而更有效地抑制摩擦力突变影响,增强了系统鲁棒性。由于无需依赖具体的摩擦模型以及简单的控制结构,FASMC适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制方法能有效估计并克服机构摩擦干扰,提高了机构的控制精度,而且驱动力没有出现抖振现象。

3-UPS/PU并联机构动力学建模及自适应滑模控制

为减少动力学模型不确定性(包括参数不确定和未知的负载干扰)对3-UPS/PU并联机构控制精度的影响,提出一种自适应滑模控制。首先在运动学反解基础上采用虚功原理建立该机构关于动平台工作空间的动力学模型。控制器结合了动力学名义模型和滑模控制理论,利用滑模面设计的自适应律可以对不确定性进行在线估计并补偿,从而提高系统鲁棒性。通过Lyapunov函数分析了系统稳定性。该控制器优点是:无需依赖不确定性上界,结构简单,易于工程应用,适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制器能有效克服时变的模型不确定性,使动平台各自由度的平均跟踪误差相比传统滑模控制明显减少。

3-PUS-PU柔顺并联机构运动学分析与优化设计

提出一种具有高精度、高刚度的3-PUS-PU柔顺并联机构,并对该机构进行运动学分析及优化设计。根据柔性铰链结构与机构间几何关系,对3-PUS-PU柔顺并联机构的运动原理进行阐述,并分析了该机构运动特性。采用空间闭环矢量法建立机构的运动学模型,对机构的输入-输出关系和速度特性进行了分析。基于力学理论,通过求解柔性铰链的极限转角,对机构的工作空间进行分析。根据机构的工作要求,提出定位精度指标和紧凑性指标,并进一步分析机构几何尺寸参数对其性能指标的影响。基于提出的性能指标,采用粒子群优化算法对机构的结构尺寸参数进行优化设计。结果表明,相比优化前,优化后的柔顺并联机构的定位精度提高25%,紧凑性提高81%,机构整体运动性能有了较大的提升,为后续样机研制提供了参考依据。

基于Adams的3-(2SPS)并联机构的配重平衡分析

以3-(2SPS)并联机构为研究对象,针对机构动平台质量较大的情况,通过一个二级剪叉机构建立一种配重平衡装置。求出机构位置的正反解,在Adams仿真软件中用纯移动型的3-UPU并联机构等效代替,对配重后的机构进行运动学、动力学以及静力学仿真分析;并通过参数化分析,获得更佳的设计参数。仿真结果表明:优化后,有平衡结构的3个驱动杆的输出力远远小于平衡前的输出力。平衡效果非常明显,达到了平衡目的。

基于3D打印技术的并联机器人机构精度分析

针对3D打印快速成型技术的性能需求,提出了一种基于3-UPU型三自由度3D打印并联机器人。对其中的3-UPU并联机构进行了运动学分析,在此基础上建立误差正解模型,考虑驱动副杆长误差和铰链间隙误差的影响因素,运用Monte-Carlo法分析了动平台末端精度的频数分布,求得了许用精度范围内的置信概率,为提高3D打印并联机器人机构末端的输出精度提供了重要依据,在生产制造业快速发展的主流技术中具有重要的研究意义与应用推广价值。

基于方位特征理论的3-UPU机构型综合及结构优化

采用方位特征理论归纳出6种不同的UPU支链装配位型,并在此基础上总结出13种3-UPU机构构型,并分析了其方位输出特征、自由度和耦合度等结构参数,其中部分构型在实践中已有应用。结果表明,相同的单开链表达式,由于装配关系不同,综合所得的机构拓扑结构特征也有所区别。最后以纯平移3-UPU机构为例,对其做了结构优化并进行了运动学仿真,为实际应用提供参考。