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。

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。

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。

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。

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。

焊接机器人的工作空间分析与运动学仿真分析

为推动焊接机器人的进一步发展,文章以焊接机器人的工作空间和运动学仿真为研究内容,首先分析焊接机器人的结构,然后通过构建D-H运动学模型,完成工作空间求解,并分析其灵活性,最后选择合适的仿真软件,模拟点焊工艺,并得出相应的结论,为相关人员提供借鉴。

工作空间限制下的机械臂路径规划方法

很多国内外的学者都对机械臂的工作空间进行了研究,提出了很多不同的方法。蒙特卡洛算法是一种较为广泛的方法。这种算法产生的点云式工作空间表示,很难应用于类似于路径规划这样的任务。针对这种问题,提出了工作空间限制下的路径规划方法。首先对环境空间进行离散化,使用机械臂逆运动学确定工作空间。这样得到的工作空间可以用小正方体及其顶点的数据结构表示,非常容易应用改造后的快速搜索随机树(RRT)算法。最后,与蒙特卡洛算法和标准RRT算法的对比实验证明了所提出方法的有效性。

工作空间分区的机器人非概率可靠性标定方法研究

全工作空间域的高精度定位是超大工作空间机器人实现全范围精密作业的关键。本文以提高机器人全工作空间域内参数标定的可靠性和空间适应性为目标,研究机器人自身诸多不确定性的非概率量化方法,分析不确定性参数在不同工作空间域对机器人末端定位精度的影响差异,依据定位精度非概率可靠度指标对全工作空间域分区,提出一种在工作空间分区框架下对机器人进行非概率可靠性标定的方法。实例表明,分区标定补偿后,x、y、z三个方向的误差区间的下界和上界平均值分别下降了40.16%、59.36%和59.08%、40.87%以及54.24%、33.98%,且补偿后的机器人响应速度快,运动过程中波动小,证明了本文方法在缩小全工作域内末端误差范围,提升机器人的绝对定位精度及标定的空间适应性方面的有效性。

一种2R1T并联机构位置反解和工作空间分析

设计了一种带封闭支链的2R1T并联机构,机构主体组成包括定平台、动平台、两条RPS支链、一条由封闭支链2SPR和S组成的支链。通过改变三个P副的位移大小来控制动平台的位置及姿态。基于螺旋理论,对2T1R并联机构进行自由度分析,分析得到该机构有两个转动自由度和一个移动自由度。建立机构运动学的反解模型并进行反解求解。应用SolidWorks建立2R1T并联机构的模型并用Matlab建立运动学模型。应用数值搜索法基于位置反解在Matlab中求解得到并联机构的工作空间。

6R焊接机械臂的运动性能及其工作空间仿真

为研究将IRB 4600机械臂改装为点焊机械臂后的运动性能及其工作域,根据结构参数进行建模,通过改进D-H法创建连杆坐标系,推导出运动学方程,利用Robotics工具箱和RobotStudio验证了方程的正确性。采用蒙特卡罗法对执行器有效焊接工作域进行分析,用剖切的方式同时研究了工作域外部与内部各部分剖切点云图。对该机械臂进行规划焊接任务的实验仿真,验证了机械臂改装设计和运动规划的可行性及有效性。

基于2-PCR_2-UPS并联机构的运动学分析与工作空间

针对当前快递行业每天需要大量的工作人员对快递件进行码垛、分拣,提出一种2-PCR_2-UPS非对称的并联机构,同时可运用于其他行业产品的码垛与分拣。利用SolidWorks软件中对2-PCR_2-UPS并联机构进行建模;根据螺旋理论对2-PCR_2-UPS机构的自由度进行分析,并结合修正的G-K(Grübler-Kutzbach)公式验证其正确性;在求解机构的运动学逆解过程中主要运用闭环矢量法,使用MATLAB程序语言绘制得出机构工作空间;在Adams软件中建立虚拟样机进行仿真分析。结果表明:2-PCR_2-UPS机构有3移(沿着X、Y、Z轴方向上的移动)和1转(围绕Z轴的转动)的4个自由度,工作空间呈现对称分布、范围较大,运动性能良好;2-PCR_2-UPS机构结构简单、快捷,工作空间大,可以代替人工进行码垛与分拣工作,大幅提升工作效率。

大摆角五轴联动混联机床自动定姿工作空间优化分析

为强化大摆角五轴联动混联机床的工作能力,扩大其工作空间,提出大摆角五轴联动混联机床自动定姿工作空间优化分析。构建大摆角五轴联动混联机床坐标系,通过坐标系的转换完成混联机床自动定姿,在该位姿下采用逆解方式求解大摆角五轴联动混联机床自动定姿运动学特性,获取大摆角五轴联动混联机床刀具位置与驱动杆速度;构建混联机床工作空间约束条件,根据杆长限制、转动副角限制,采用三维搜索方法求解混联机床的工作空间,得到该混联机床的工作范围;将刀具位置与驱动杆速度作为机床运动特性的条件指标、工作空间的量纲指数作为机床工作空间的评价指标,结合遗传算法与BP神经网络,通过优化平台半径与杆长,完成大摆角五轴联动混联机床自动定姿工作空间优化。实验验证:经该方法优化后的机床驱动杆在动平台的位移量和速度变化量十分稳定,同一立柱上的驱动杆位移量和速度变化量一致,未出现大幅度异常;优化后的工作空间范围更大,当虎克铰最大转角变动时,依然可以保持较大的工作空间面积。

6轴工业机器人工作空间快速求解

由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间,提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题,提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间,利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间,并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数,得到可达工作空间。进一步,利用可操作度值评估机器人的灵活性,从可达工作空间筛选出灵活种子空间,利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界,得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象,对本文方法进行仿真分析。结果表明,本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率,为后续的机器人优化设计提供了便利。

基于SKC的新型3T并联机构的运动学、奇异性和工作空间分析

基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,设计了一种可用于抓取的新型三平移(3T)并联机构。首先,阐述了整个机构的设计过程并对机构的基本拓扑特征进行了分析计算,证明该机构包含两个耦合度κ为0的子运动链(SKC);接着,根据基于拓扑特征的并联机构运动学建模原理,以SKC为序,分别对机构的位置正、反解及其构型进行了求解与分析;然后,根据基于SKC的奇异性分析方法,计算分析了该机构每个SKC内部发生第一和第二类奇异时对应的奇异位形;最后,分析并选取出该机构内部速度传递因数指标较优的任务工作空间。研究为该机构后续的刚度、动力学分析及工程样机设计奠定了基础。