关节间隙影响下Delta并联机械臂精度提升方法研究

关节间隙会影响平面机械手的精度和动态性能,并会缩短关节部件的使用寿命。该文针对如何降低关节间隙对机械手的精度影响,进行探讨。对Delta平行五连杆机械臂进行建模,得到存在关节间隙的机械臂的运动方程式,从而进行动态轨迹计算,并规划出误差较小的路径。使用机械臂校正设备,对机械臂的DH参数进行校正。两方面结合,有效提高Delta并联机械臂的运行精度。

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。

一种新型2自由度并联机械臂的轨迹控制

介绍了一种基于双极坐标并联机械臂的运动轨迹示教再现的设计方法。以文字书写为例,可以把文字的每个笔画用直线段来拟合,然后把这些直线段的起点和终点作为示教点。利用西门子S7-200PLC的计数器记录编码器在示教点的数据,完成文字书写的示教;再现时,调取PLC记录的示教点的数据,通过PLC控制两极坐标轴电机的输入脉冲,使用在极坐标下的直线轨迹插补程序完成文字书写的再现。该双极坐标并联机械臂结构简单、工作空间敞开性好、控制方便、造价低。

采用混合算法优化的并联机械臂能量消耗与误差仿真研究

针对并联机械臂存在能量消耗严重、运动轨迹跟踪精度较低等问题,采用了混合算法优化并联机械臂运动机构,并对优化结果进行仿真验证.建立并联机械臂运动机构简图模型,推导齐次变换矩阵运动方程式,给出并联机械臂8种运动模式.确定并联机械臂运动的设计变量,构造能量消耗优化目标函数,在约束条件下,采用混合算法优化目标函数.用PID控制方法,在运动模式1状态下,通过Matlab软件将优化结果进行仿真验证.同时,与优化前的仿真结果进行对比和分析.仿真结果表明,优化后主动连杆消耗的能量较少,被动连杆运动轨迹跟踪所产生的误差较小.并联机械臂采用混合算法优化后,能够减少并联机械臂运动机构能量消耗,提高运动轨迹的追踪精度.

新型四自由度并联机械臂及其位置分析

提出了一种新型四自由度并联机械臂,介绍了这种机械臂的结构布局。基于其结构几何关系,推导了这种机械臂的位置正、反解方程,在满足其结构约束条件的情况下,绘制了其定姿态工作空间轮廓图,为这种机械臂的实用化提供理论基础。这种机械臂具有结构简单、承载能力强、惯性小和工艺性好等优点,可广泛应用于现代工业领域。

含有LuGre摩擦并联机械臂的自适应控制

本文研究了含有LuGre摩擦的并联机械臂自适应控制问题.首先,在并联机械臂动力学模型中引入LuGre摩擦模型来描述伺服关节内部的摩擦行为;其次,构造含有动态摩擦补偿的自适应控制算法,并使用Lyapunov方法证明控制算法的有效性;最后,通过平面3-RRR并联机械臂数值算例,验证所提出控制算法的效果以及LuGre摩擦补偿的必要性.

并联机械臂的圆弧插补算法研究

研究一种基于双极坐标的并联机械臂的圆弧插补算法。该算法采用逐点比较法原理,通过转动两并联机械臂转角的方式实现圆弧插补,重点给出转角转动的方向和条件,并给出了递推公式。分析方法和公式采用了双极坐标的方式。

基于改进PID控制的并联机械臂运动轨迹跟踪仿真

为了提高并联机械臂运动轨迹的定位精度,采用粒子群算法优化PID控制器参数。构建了并联机械臂机构简图模型,通过平面坐标系推导机械臂运动角位移方程式。分析了传统PID控制器模式,给出系统输出误差的适应度函数。对优化后的跟踪效果进行仿真。并与传统PID控制器跟踪效果进行对比。仿真结果表明:无外界干扰,两种控制方法角位移跟踪误差相差不大;有外界干扰,改进PID控制器明显优于PID控制器。说明采用改进PID控制器控制机械臂运动角位移,能够很好的抑制外界环境的干扰,保持系统的稳定输出,提高机械臂角位移运动精度。

一种3自由度并联抛磨机械臂的运动学分析

针对百叶窗叶片的仿形抛磨要求,研究了一种可为末端执行器提供X向、Y向的移动和Z向转动的3自由度并联机械臂。为了验证机械臂的运动学性能,首先,描述了其机构特征,并基于螺旋理论进行了机构自由度分析;其次,基于闭环矢量法构建了机构运动学方程,对其进行了位置正、逆解分析,并通过具体算例对分析结果进行了初步验证;最后,构建了机构的数值仿真模型和虚拟样机模型,进行了位置、速度的逆运动学仿真分析。仿真结果表明,两种模型的分析结果一致,逆解理论分析结果可信;机械臂各支链可协调运动,运动过程平稳,位移、速度曲线平滑、无突变,可为后续机械臂的尺寸优化和运动控制提供依据。

一种弱耦合5-DOF抛磨机械臂的设计

为了实现对风机叶片的抛磨加工,提出一种弱耦合5-DOF并联机械臂,它采用2-UPS+((2-UPS)+U)PU并联机构,对机械臂的机构进行了分析与设计。首先,采用闭环矢量链建立了机械臂的位置模型,并绘制了工作空间分布图。接着,建立了机械臂的运动学传递模型,基于雅可比矩阵结构对机械臂的解耦性进行了分析,并通过定义运动灵活性评价指标,揭示了机械臂的尺寸参数对其运动灵活性影响规律。然后,建立了机械臂的静力学传递模型,通过定义静力承载能力评价指标,揭示了机械臂的尺寸参数对其静力承载能力影响规律。最后,应用基于性能评价指标的蒙特卡罗法对机械臂的尺寸参数进行了概率分析,以概率分析数据为基础对尺寸参数进行了优选。确定了一组最优尺寸参数值:固定平台上分支2万向副分布尺寸为250mm、分支3万向副分布尺寸为450mm、分支1的支链4万向副分布尺寸为300mm、分支1的支链5万向副分布尺寸为350mm;分支1的支链4末端球面副与分支1轴线距离为70mm、分支1的支链5末端球面副与分支1轴线距离为80mm;运动平台上分支2末端球面副分布尺寸为100mm、分支3末端球面副分布尺寸为100mm。采用上述优选尺寸参数,设计出弱耦合5-DOF并联机械臂方案。

一种并联二自由度机械臂的控制算法研究

介绍一种在笛卡尔坐标系下并联机械臂的控制算法。该算法采用逐点比较的方法、转动两并联机械臂角度的方式来拟合所需要的轨迹,并给出了算法的程序流程图。同时可根据此算法可计算机械臂的可达区域。该算法简单,易于实现,同时可直接用MATLAB软件进行仿真。

考虑热应变的柔性并联空间机械臂动力学

研究考虑热应变的柔性并联空间机械臂动力学性态。用Jourdain速度变分原理建立各机械臂的动力学变分方程,在此基础上根据各物体之间的运动学约束关系,建立柔性多体系统的微分代数混合动力学方程。数值仿真结果表明,当温度升高时,机械臂的轴向约束力和中心刚体的质心运动速度均出现显著振荡,而适当减小温度变化率,可以有效地控制振幅。

基于MDH法的并联式机械臂末端位置误差分析建模

主要针对并联式机械臂中的典型构件——平行四边形机构进行研究,分析各连杆长度变化对机械臂末端位置造成的影响,并推导位姿计算公式。以某型二自由度机械臂为研究对象,利用Modified D-H法对其进行正运动学解算,建立了考虑平行四边形机构误差的末端位姿预测模型。随后在Matlab中利用蒙特卡洛法进行相关误差分布仿真实验,得到不同公差精度下并联式机械臂末端位置误差的分布特点,并通过样机试验验证了该预测模型的准确性。研究表明,应用该方法得到的并联式机械臂关节角数值更准确,提高了末端位置建模的精度。

三自由度并联机器人运动学分析及仿真

以某倒置式ＳＰＲ型三自由度并联机器人为例，根据结构特点以活动平台为参考坐标系，然后再变换至基础坐标系，推导出机器人的正、逆运动学方程，并进行了逆运动学仿真。

多节双八面体变几何桁架臂逆运动学解析算法

针对多节双八面体变几何桁架臂(VGT)的逆运动学快速准确求解问题,提出逆运动学解析算法.根据双八面体VGT对称结构和镜像变换矩阵,引入不依赖于欧拉角和Denavit-Hartenberg(D-H)参数的旋转矩阵.通过建立2个辅助坐标系,将整体逆运动学问题分解为求解辅助坐标系旋转矩阵子问题和求解辅助坐标系内位置矢量子问题,给出两节双八面体VGT的逆运动学解析算法.通过分析两节VGT逆运动学的解析解,给出可以将多节臂等效为一节臂的简化运动学构型,将N节VGT臂等效为两节双八面体VGT臂.利用两节双八面体VGT臂的逆运动学算法和简化构型,可得N节臂逆运动学解.仿真验证表明,逆运动学解析算法的计算速度和精度优于雅可比矩阵法.在实际双八面体VGT机构上的测试验证了逆运动学算法的有效性.

基于变胞机构的性能可变机械臂研制

为研制一种用于铝合金铸件打磨、抛光的机械臂,将3-UPS机构作为初始构型,通过定义运动灵活性和静力承载能力评价指标,揭示出3-UPS机构的尺寸参数与其运动学、静力学评价指标之间的关系,表明:随着尺寸参数的取值变化,3-UPS机构的运动灵活性和静力承载能力变化规律相反,如果要追求其中一种性能,就必然导致另一种性能降低.为了使机械臂的构型、最优机构学性能可以根据不同工况而实时改变,在3-UPS机构每个分支与固定平台之间增加1个移动驱动副,提出一种基于3-PUPS机构的超冗余机械臂,该机械臂可以通过对各分支电动机抱闸锁定的组合实现变胞而得到31种新构型,当其处于3-UPS构型时还可以通过改变固定平台万向副分布半径数值,实时选择性调整运动灵活性最好、或静力承载能力最强.对超冗余3-PUPS机构进行了运动学和静力学建模与分析,揭示了其运动灵活性和静力学传递性能的分布规律.结合打磨、抛光工艺制定出机械臂在不同工况的变胞规则、变尺寸规则,实现了机械臂在不同工况具有不同的自由度状态和最优性能.研制出超冗余机械臂的试验样机,通过一套综合试验系统验证了其变胞构型的可实现性,并测量出其处于3-UPS构型时的定位误差,试验表明:机械臂的运动平台的位置误差均小于0.4 mm,姿态误差均小于0.45°,基本达到了通用式工业机器人的精度水平.

一种太阳能种植机器人的设计与实现

针对当前种植过程中尚未完全实现自动化的问题,设计开发一款集灌溉、施肥、播种、除草、环境数据收集以及远程操作等功能于一体的太阳能种植机器人。以Delta并联机械手的运动学研究为核心的综合硬件设计,并且融入云物联网技术开发了一款云端控制系统,用户可通过电脑、手机等智能设备来实现对种植机器人的基本控制以及基础数据收集,如进行视频远程操控,以及对温度、湿度、二氧化碳浓度等数据的收集。并且该种植机器人具有良好的综合实用性,可以满足多种种植环境的需求。该机器人的推广应用对于降低生产者劳动强度,提高播种种植效率具有重要意义。因此,这一机器人适用于综合实用性的种植,具有广阔的应用前景以及市场推广价值。