基于共形几何代数的一种平面并联机构位置正解

以平面并联机构为题,应用5维几何代数(共形几何代数)方法对该平面并联机构进行了分析,建立了运动学正解模型,并编制了Maple的计算程序,求出了6组位姿结果,最后将分析结果与采用吴方法得到的分析结果进行对照,证明了该方法的有效性.这对用统一的数学工具分析机构学,降低非线性度,增强几何直观性方面做了初步尝试.

完全各向同性3自由度平面并联机构的型综合

提出了完全各向同性3自由度平面并联机构型综合的系统方法。首先,根据螺旋理论讨论了完全各向同性平面并联机构的运动学必要条件。然后,基于机构各分支对动平台控制功能的不同,通过互易螺旋理论推导出各分支的驱动螺旋、主动螺旋和可动非主动螺旋,并按照分支连接度的不同列举出所有可行的分支运动链。最后,按照机构各分支相应的装配条件,选取所综合出的3条分支运动链将动平台和静平台连接起来得到预期的机构,共得到新型机构3 167种。由于综合出的并联机器人机构的运动雅可比矩阵均为单位阵,即条件数恒为1,因此这类机构具有良好的运动学和力传递性能,在工业机器人、微操作机器人和医用机器人等领域具有潜在的应用前景。

吴方法在平面并联机构位置正解中的应用

采用吴方法对平面并联机构位置正解问题进行了研究．吴方法是一种求解非线性方程组的数学机械化方法，采用这种方法任何非线性方程组都可以在有限步内得到解决．在给出了吴方法基本原理的基础上，对本问题进行了求解，并将原始方程组转化成为一个三角化的方程组．其中单变量方程的次数为６次，说明平面并联机构可以有６个不同的位姿．最后用数值实例进行了验证，给出了计算结果．吴方法在这一问题中的应用，为求解其它机构学难题提供了新途径．

平面并联机构刚度与动力学指标分析

针对典型的串联和并联机构 ,建立了动力学模型。分析了在外力输入时机构的静刚度和动刚度。提出使用冗余驱动方式提高刚度及其一致性。根据运动刚度分析方法 ,建立了主动力输入时的刚度矩阵。定义了反映加速度性能的动力学指标 ,用于评价和优化机构的设计。给出了几种典型机构的动力学指标的分布图形 。

3-RRR平面并联机构的拓扑结构优化及其运动学性能改善

典型3-RRR平面并联机构是一种具有两平移一转动输出的平面定位、传送装置,其应用较广。首先计算出该机构的耦合度k=1;其次,基于结构降耦原理,设计出一种零耦合度(k=0)的平面定位传送降耦机构,从而极易求得其位置正解解析式,且使得动平台的输入-输出具有运动解耦性;进一步,对该降耦机构的工作空间、奇异位形进行了分析。比较表明:降耦机构比原始机构的综合性能更为优越,结构降耦是机构拓扑结构优化的一种有效方法。

一种平面并联机构位置正解分析的共形几何代数及Sylvester结式方法

研究一种平面并联机构位置正解分析的共形几何代数建模方法和改进的Sylvester结式消元求解方法.基于含有未知参数的5维共形空间的点表示,提出了位置正解分析的共形几何代数建模方法.提出了一种改进的Sylvester结式消元方法,即冗余因子消去法,求出了能得到准确解的一元6次方程.通过一个数值实例,得出了这个机构位姿的无增无漏的6组解,验证了所提出方法的正确性和有效性.

(2PRR)~2+R平面并联机构的刚度与固有频率

基于两移动一转动三自由度平面并联机构构造了一种新型五自由度串并混联机器人并对其并联部分,一具有运动冗余和驱动冗余两种不同模式的平面并联机构(2PRR)~2+R进行了运动学分析。首先,建立了三自由度平面并联机构的运动学模型,基于机构的运动学模型推导得到了冗余和非冗余驱动并联机构的刚度矩阵,并且通过求取并联机构各组成构件的等效质量,得到并联机构的质量矩阵;然后,借助系统刚度矩阵和质量矩阵建立的并联机构动力学方程,求得了机构的固有频率方程;最后,通过数值仿真对冗余和非冗余驱动并联机构的刚度及固有频率进行对比分析。结果显示:冗余驱动分支对机构绕Z轴方向角刚度和系统的一阶固有频率均值影响最大,其增幅分别为88.46%和31.50%;对X轴方向的线刚度和系统的二阶固有频率均值影响最小,其增幅分别为52.34%和1.90%。因此,冗余驱动分支有助于提高并联机构的整体刚度,改善机构的动态性能。

3-RRR平面并联机构模糊PID控制虚拟仪器设计

平面3-RRR机构的运动精度问题严重制约着它在工程领域的应用.为有效提高该机构运动精度,基于模糊PID控制算法建立3-RRR平面并联机构运动误差实时控制系统,搭建机构运动误差控制实验平台,研制模糊PID控制系统的LabVIEW虚拟仪器软件以开展机构运动误差实时控制实验研究.结果表明:该系统可以实时控制机构运动误差,提高机构运动精度,且算法较为简单;开发的测控虚拟仪器软件具有界面友好、操作简单、灵活性强、功能易于扩展、智能化程度高等优点.

3-RRR平面并联机构模糊PID控制系统研究

平面并联机构以其优异的性能在工程领域得到广泛应用,为有效提高机构运动精度,提出了基于模糊PID控制算法的3-RRR平面并联机构实时控制方法。在分析模糊PID控制原理的基础上,建立3-RRR平面并联机构模糊PID控制系统模型,搭建机构控制实验装置,实验研究了机构运动精度的实时控制。结果表明,对3-RRR平面并联机构施加模糊PID控制后,机构角位移误差最大值为2.1°,降幅达53%以上;建立的模糊PID控制系统能够用于机构运动精度实时控制,有效降低机构角位移误差,算法简单,实时性较好。

平面并联机构与电主轴耦合系统动力学分析

平面并联机床的加工精度应该用平面并联机构与电主轴耦合系统的动态性能进行评价。在考虑并联杆件的弹性动力学特性和主轴动力学特性的情况下,建立了平面并联机构与电主轴耦合系统的弹性动力学模型。通过仿真得到了耦合系统的幅频特性曲线,并在此基础上对耦合系统进行了动态性能分析。结果表明,在外界激励作用下,并联杆件系统发生了较明显的变形,并且主轴在频率低于20Hz的激励干扰下振动较为剧烈,偏离预定轨迹的位移较大,达到0.01mm,导致并联机床的加工精度明显降低,大大降低了并联机器人机床的动态性能。

三自由度平面并联机构位姿分析

并联机器人由于优点众多而广泛应用于各个领域。以3-PRR平面并联机构为研究对象,用Pro/E软件进行了三维实体建模,绘出了并联机构的简图,解决了机构的正解问题。运用蒙特卡罗法求出了不同角度的工作空间。这种研究方法同样可以用来求解其他类型的并联机构的工作空间。

含支链闭环的结构冗余平面并联机构静力学分析

针对一款可实现工件抓取等任务的平面结构冗余并联机构进行静力学分析。首先,阐述机构的设计原因,分析该机构的结构组成,并建立其运动学反解模型。其次,基于微分法建立整机雅克比及闭环支链雅克比矩阵,并基于虚功原理,分别搭建给定结构冗余支链位置下非冗余状态时的静力学理论模型及给定动平台位姿下的闭环支链静力学理论模型,由此完成整机静力学理论建模。再次,进行变轨迹及变外载荷的静力学理论与仿真对比试验;最后,将平面结构冗余并联机构与同特征尺寸的平面3-RRR并联机构进行变轨迹及变外载荷的静力学仿真对比实验。研究结果表明:理论模型所得结果相对于仿真结果最大相对误差为0.774%,验证了静力学理论模型的正确性;本机构力矩与3-RRR机构对应驱动的力矩相比显著下降,表明结构冗余的引入可有效改善机构力传递特性,提升整机静力学性能。

3-PPR平面并联机构运动学与误差分析

主要对3-PPR平面并联机构运动学特性进行分析.首先,建立机构的三维模型并详细介绍平面并联机构的结构组成;其次,运用矢量分析法给出机构运动学位置正解和逆解方程,计算出整个机构的间隙误差方程,分析出整个机构的工作空间;再次,分析机构在载荷作用下受力变形情况;最后,对机构进行运动学仿真分析,得到动平台在X、Y、θ方向上的运动学特性曲线.分析结果表明,平面并联机构间隙误差小,受载荷作用变形小,运动平稳,为进一步设计的3-PPR平面并联机构的控制提供依据.

平面并联机构与电主轴耦合系统动态性能研究

并联机床的动态性能是影响其精度的主要因素之一,因此,必须从平面并联机构与电主轴耦合系统的角度出发,研究动力学参数变化对平面并联机床动态性能的影响。根据已建立的平面并联机构与电主轴耦合系统动力学模型,运用数值方法研究了动力学参数变化对耦合系统动态性能的影响。结果表明平面并联机构的动力学参数对耦合系统动态性能的影响占主导地位。相比较而言,电主轴的动力学参数对耦合系统的动态性能影响较小。因此,在提高平面并联机床的加工精度和动态性能时,应该着重考虑平面并联机构,适当地增大并联杆件的刚度和阻尼。

平面并联机构位置正解的粒子群复形法

根据杆长约束条件,给出了求解3-RPR平面并联机构位置正解的无约束优化模型。结合复形法与粒子群的优点,提出了机构综合方程无约束优化求解的粒子群复形法。该方法克服了牛顿法初值不易选择的问题,同时也克服了复形法和粒子群算法易陷入局部极值而导致方程组的解精度不足的问题。平面并联机构数值实例表明文中提出的方法能求出全部装配构型。该方法具有全局搜索性,收敛速度较快、精度较高,可以满意地求出对未知数具有敏感性的非线性方程组的解。

CNC雕刻机平面并联机构的运动学设计

提出一种新型三坐标 CNC雕刻机的概念设计 .该雕刻机采取平面并联机构实现 X,Y方向进给运动 ,而安装在该机构末端的串联主轴实现 Z向进给运动 .针对该平面并联机构 ,研究基于总体灵活度的运动学设计方法 ,指出运动学设计问题可归结为以全局运动性能指标最大为目标的单目标、有约束的优化设计问题 .同时 ,利用随机方向法搜索到一个最优解 ,通过实例分析进行验证 .结果表明 ,提出的方法是可行的 ,可用于样机的开发 .

基于遗传算法的平面并联机构运动学设计

针对平面并联五杆机构提出了基于总体灵活度的运动学设计方法。该方法将运动学设计问题归结为全局运动性能指标最大为目标的单目标有约束优化设计问题 ,并采用遗传算法搜索到一个最优解 ,将其与采用随机方向法所得到的解进行比较 。

平面并联机构位置正解的改进粒子群算法

根据杆长约束条件,给出了求解3-RPR平面并联机构位置正解的无约束优化模型。针对标准粒子群算法容易陷入局部极值、进化后期收敛速度慢等缺点,提出了一种基于新的差异度评价指标的改进粒子群算法——自适应变异粒子群算法。采用自适应变异粒子群算法求并联机构位置正解中的优化问题。数值实例表明,改进粒子群算法能求出全部装配构型,且收敛速度较快、精度较高。

9R-Ⅲ级组平面并联机构的曲柄存在条件

为使整周转动的常速电动机能够提供混合驱动的动力 ,针对对称结构的 3- DOF的 9R- 级组平面并联机构的构型 ,研究了各构件长度与曲柄存在的关系 .根据构型的可装配条件 ,推导了不同杆长关系下的曲柄存在条件 .

求驱动为转角的平面并联机构工作空间的方法

先以转角输入作为驱动的平面并联机构为研究对象,提出了求解该类机构工作空间的新方法。再选用3-RRR平面并联机构作为实例,运用该方法理论,设计了该工作空间的求解步骤,并通过VB软件求解了该机构的具体工作空间,验证了该方法的正确行。