基于印刷机轴孔装配的六自由度并联机构反解算法研究

印刷机套筒轴孔装配过程中由于套筒质量大、所需要的配合精度高、人工安装效率低且对工人身体会有一定的伤害。六自由度并联机构具有负载能力强和运动精度高等优点,因此使用六自由度并联机构作为装配过程的操作平台,六自由度并联机构的反解算法能让装配过程得到更好的控制,精度达到更高的要求。印刷机套筒装配机器人以六自由度并联机构为基础,以研华工控机为控制系统的平台,对六自由度并联机构进行反解算法的研究,为后续智能装配做好研究基础。

利用正交位移测量系统进行六自由度并联机构参数标定

为了简化六自由度并联机构的参数标定过程,提高标定效率,降低标定成本,提出了基于正交位移测量系统的位姿测量装置及方法。首先,研究了该装置的位姿解算方法,利用空间解析几何的方法,求解其运动学正解与逆解。其次,利用微小位移合成法,建立了并联机构及正交位移测量系统组合体的误差模型。然后,基于误差模型,构建了组合体参数误差辨识的最优化问题数学模型,其中,传感器示值的平方和最小为目标函数,组合体的结构参数误差为设计变量。最后,利用正交位移测量系统对六自由度并联机构位姿进行测量,利用OASIS奥希思软件直接搜索出参数误差最优解,将其补偿到并联机构控制系统中,完成并联机构的参数标定。标定前后位姿误差对比表明:最大位置误差降低了58%~96%,最大姿态误差降低了92%~97%。利用正交位移测量系统进行并联机构参数标定,不仅可有效提升并联机构的定位精度,还可有效简化标定工作,提升标定效率,降低标定成本。

直线电机驱动六自由度并联机构动力学特性研究

直线电机驱动的六自由度并联机构可以实现高精度宽频带运动,在惯性单元校准、振动测试等领域具有广阔的应用前景。为了减小直线电机驱动对六自由度并联机构造成的幅值衰减问题,对机构进行动力学前馈控制分析。首先利用牛顿-欧拉法建立并联机构的动力学模型,简化动力学方程获得机构驱动力关系,在实验平台上进行实验,验证动力学模型准确性。利用传统运动学控制系统,结合动力学模型,设计一种动力学前馈控制方法,降低给定轨迹运动误差。实验结果表明,直线电机驱动的六自由度并联机构增加动力学前馈控制后,在沿X、Y、Z轴进行单自由度正弦运动时,运动误差分别下降55.5%、54.2%、59.8%。

6-PPPS正交六自由度并联机构的位置正反解

针对一种新型6-PPPS并联机构,提出方向余弦阵法进行位置正反解的解析求解。利用机构运动副的运动参数构建并联动平台的方向余弦阵,通过添加约束条件,得到唯一的反解,同样方法可得出所有从动移动副的运动参数。根据方向余弦阵的性质构建约束方程,利用Maple软件辅助求得8组解析正解。根据球铰的约束,发现该机构实际正解唯一,给出了唯一正解的求取方法。

面向骨折手术的三支链六自由度并联机构设计

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理论基础.

六自由度并联机构运动学分析与仿真

针对六自由度并联机构的运动学特性,建立了并联机构简化模型,通过坐标变换确定了动平台与定平台的位姿关系,推导了机构的运动学方程,利用Adams软件对模型进行了运动学仿真。仿真结果表明:六自由度并联机构能够按照预定的轨迹运动,机构运行平稳,具有良好的运动特性。

六自由度并联机构的误差分布研究

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明:不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。

基于六自由度并联机构的汽车驾驶模拟仿真系统

介绍了一种汽车驾驶模拟器,采用六自由度并联机构作为驾驶舱操纵仿真系统,以Multigen作为三维建模工具,用Opengvs开发三维视景仿真系统,较好地实现了模拟仿真系统所要求的实时交互性和真实的沉浸感。文中重点讨论了驾驶舱操纵仿真系统、计算机控制系统和视景仿真系统的功能、技术原理和实现方法,通过实验验证了整个系统的实用可行性。

FCMAC在六自由度并联机构轨迹跟踪中的应用

六自由度并联机构控制系统中存在不确定性和非线性因素,使得对其轨迹跟踪的过程中会不断有误差产生。神经网络控制器以其在线自学习的功能,能实时反应并消除误差。用模糊理论对结构简单的小脑模型关节控制器(CMAC)的空间划分方式进行模糊化处理,并通过BP学习算法对CMAC的空间划分方式进行在线调整,所得到模糊小脑模型关节控制器(FCMAC)有更高的自适应能力。仿真实验结果表明,FCMAC的在线学习功能优于传统的CMAC;用FCMAC对六自由度并联构进行轨迹跟踪,能较好地消除误差,有较高的控制精度。

4-PSPP六自由度并联机构的位置正反解

针对求解传统并联机构位置正反解困难的问题,对一种新型4-PSPP并联机构,本文利用方向余弦阵法进行位置正反解。通过构建并联机构动平台的方向余弦阵,添加约束条件,得到解析解,并求得所有从动副的运动参数,利用MATLAB求解得到工作空间,图像结果显示符合给定的运动范围要求。该机构正解和反解的结果唯一,方便后续进行控制,具有良好的应用价值。

量化六自由度并联机构工作空间的六维超椭球体计算方法及其应用

基于头盔伺服系统执行机构的结构优化设计需求,提出了一种量化六自由度并联机构工作空间的六维空间超椭球体的计算方法,该方法的计算过程包括二维包络椭圆的求解和六维超椭球体的计算两部分。首先,重新总结和归纳了包络椭圆的定义,提出了包络椭圆的计算方法,在计算过程中提出了椭圆中心坐标修正步长、包络椭圆的两半轴长修正因子以及纵轴半轴长修正步长等概念,实现了对椭圆中心和半轴长的动态修正,提高了包络椭圆计算的准确性和智能化水平,采用调整系数来实时修改修正步长,保证了计算过程的收敛性;其次,给出了判定包络椭圆的条件和方法,方便了对计算方法有效性的验证;再次,提出了根据投影面内包络椭圆几何信息求解六维超椭球体的方法;最后,对包络超椭球体的计算方法进行了实例计算与验证,并通过实例计算对该方法用于六自由度并联机构工作空间优化的可行性和实用性进行了验证。结果表明:各投影面的包络椭圆均符合判定条件,即本文对包络椭圆与超椭球体的计算是准确的;优化结果对应的工作空间内接六维超椭球体能完全包含目标工作空间的包络超椭球体,即采用超椭球体来量化和优化六自由度并联机构工作空间是可行的,且具有较好的实用性。

基于并联六自由度电液伺服机构的力控制方法

基于并联六自由度机构的广义力数学模型,提出了基于单缸力小闭环和平台输出力大闭环的力控制方法.为了减小或消除平台运动位姿对力的影响,对各缸协同力控制及其影响因素等相关问题进行了分析,提出基于单缸位置补偿的力控制策略.建立了并联六自由度电液伺服机构单自由度力控制实验系统,并将所提出的力控制方法成功地应用于并联六自由度电液伺服机构的单自由度力控制实验.通过比较分析,总结出较为理想的并联机构力控制方法.

基于关节力传感器的并联六自由度机构标定方法

提出了一种基于关节力传感器的并联六自由度机构结构参数标定方法。从力学角度出发,通过测量并联六自由度机构各关节驱动力,利用并联六自由度机构自身的运动学和动力学模型构造相应的辨识模型,实现其结构参数的标定。通过标定仿真验证了该方法的实用性和有效性。

六自由度液压并联机构的故障诊断专家系统研究

针对六自由度液压并联机构故障复杂性和不确定性,结合PLC的电气控制技术、传感器技术、PLC的逻辑判断功能和编程软件的实时监控功能,建立基于故障树的六自由度液压并联机构的故障诊断专家系统。根据专家经验在液压系统常出现故障的部位设置故障监测点,根据动态数据库和系统参数静态数据库的对比结果与已经建立的知识库的按照规则推理方式确定系统故障点,提出合理的解决方案。

六自由度绳牵引并联机构的轨迹规划

建立所设计的六自由度绳牵引并联机构的运动学逆解模型后 ,提出 1种计算拉力的算法 .以动平台末端执行器能实现∞型的轨迹为目标 ,进行运动规划 ,研究绳的运动特性 .仿真结果表明 ,绳的速度值和加速度值 ,始终不大于动平台末端执行器的速度值和加速度值 .绳的加速度值和末端执行器的加速度值 ,同属 1个数量级 .同时 ,一些绳的拉力的变化不大 (处于“关”的状态 ) ;而另外一些绳的拉力的变化很大 (处于“开”的状态 ) .这些运动轨迹规划的仿真结果 ,能为以后该机构的运动控制方案的研究以及控制系统的设计 ,提供依据 .文中提出的运动轨迹规划方法 。

并联六自由度机构运动学与动力学标定对比

为了研究并联六自由度机构不同标定方法的适用性，依据运动学标定和动力学标定，分别建立了并联六自由度机构的标定模型，并通过数值仿真对标定效果进行对比分析。结果表明：运动学标定方法对提高机构运动正解精度更为有效，正解误差比动力学标定的结果小4．9％，有利于传统的基于关节空间的并联机构控制策略；动力学标定方法对提高机构动力学模型精度更为有效，关节驱动力误差比运动学标定的结果小5～25N，更适合基于工作空间的并联机构控制策略。

六自由度曲面加工的并联机器人轨迹规划

在对六自由度并联机器人运动学分析的基础上,对其进行了腔型圆弧面的轨迹规划。通过位置反解函数得到了平台在按给定圆弧面轨迹运动时六连杆的运动情况。对Microsoft Visual C++6.0工具开发的数控加工软件及机构系统配置的运动控制卡PMAC的运用,完成所要求的圆弧曲面的轨迹点的编程,生成相应的圆弧曲面,这正顺应了现在开放式数控系统的发展趋势。

并联六自由度运动平台铰点工作空间的仿真实验

文章基于6-6结构六自由度并联机构铰点工作空间的概念,阐述了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。首次利用工作空间大小与尺寸参数的联接关系表达式,通过仿真实验验证了本研究室飞行模拟器用六自由度运动平台结构设计的合理性,使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成为可能。同时依据铰点工作空间构造出Stewart平台位置可达工作空间,为工作空间的分析提供了一种全新方法。此方法不仅可以为结构参数设计提供依据,还可为工程设计提供机构边界运动范围,是分析并联机构工作空间一种强有力的有效、实用的新方法。

一种基于Stewart六自由度船舶约束模型试验平台的水动力系数测量方法

文中设计了一种基于Stewart六自由度并联机构搭建船舶约束模型试验平台.介绍了新型约束模型试验装置的工作原理并推导了试验台驱动腿与物理船模型的运动关系,在此基础上建立了水动力数学模型.对一个矩形框架和两个船模进行了约束模型试验,测量了模型的附加质量系数.将试验结果与理论值进行了比较,验证了该装置的可靠性.

国家自然科学基金委员会机械工程学科2012/2013年度结题项目简介 飞行模拟机六自由度运动系统解耦控制研究

项目负责人：姜洪洲（E-mail：jianghz@hit.edu.cn）依托单位：哈尔滨工业大学项目批准号：509750551．项目简介本项目从设计与控制两方面入手，就六自由度并联机构耦合特性分析、动态各向同性设计、模态空间控制等基础理论及关键技术展开研究。在设计方面，提出了基于频率特性的动态各向同性设计方法，使设计者在设计阶段就能够充分考虑结构参数、质量特性、阻尼特性对系统动态特性的影响，从而为解耦控制的设计留下了充足的发挥空间。在控制方面，提出了基于动压反馈的模态空间控制方法，使得自由度频宽可以独立调整达到或接近各阶模态液压固有频率。该项目成果为提高液压驱动六自由度运动系统频宽、减小自由度间动力学耦合，开发高逼真度动感模拟系统具有重要的指导意义。