微动机器人运动学分析的基础研究

本文针对微动机器人的特点，采用微分的方法对微动机器人的运动学进行了分析，得到的六自由度并联微动机器人的输入输出的位移方程、速度方程、加速度方程均具有显式的正逆表达形式，使微动机器人的运动学分析十分方便，具有通用性。

三平移全柔性微动机器人机构的位置运动分析

研究了新型全柔性微动三平移并联机器人机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}的运动学特性,首先求解机构的位置正解方程,并对该并联机构的运动学解耦特性进行分析,发现该三平移机构为近似完全解耦;求解出该机构的位置反解方程及中间变量的表达式;利用ADAMS软件对该机构的位置正解特性进行了仿真模拟,验证了理论推导的正确性。

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人静力学及其微动平台的静刚度分析

并联微动机器人通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,静力学和静刚度是微动机器人必须解决的问题。充分考虑弹性铰链的弹性反力/力矩,对6-PSS并联微动机器人进行静力学分析,建立了压电陶瓷驱动力与微动平台外载的关系模型,并定义了微动机器人的驱动刚度矩阵。基于并联微动机器人的特殊性,定义了微动平台的刚度,通过静刚度分析推导出了微动平台刚度矩阵,为并联微动机器人结构刚度设计、弹性铰链刚度综合和动力学分析提供了理论基础。

三支链六自由度并联柔性铰微动机器人的研究

提出了一种过程中采用的新型三支链六自由度并联微动机器人结构。采用两端分别带有柔性球铰和柔性旋转铰的支杆以简化结构,整体加工包含三个二自由度单元的基平台来有效减小装配误差,并用压电陶瓷驱动弹性平板获得高分辨率高精度。根据运动影响系数理论对其运动学进行分析,求出了其平动台、支杆和柔性铰链的速度表达式。考虑柔性铰链的弹性变形,基于虚功原理建立了其刚度模型。分析了此类并联微动机器人的设计目标和柔性铰链设计原则,采用模块化精密定位控制器设计了控制系统。实验结果表明,所设计的微动机器人可达到纳米级精度,简化了六支链六自由度并联微动机器人的复杂结构,减小了装配误差。

3-PPSR并联微动机器人静刚度分析

为简化6支链并联微动机器人的复杂结构,减小装配误差,提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度。为分析对并联微动机器人精度具有重要影响的静刚度指标,首先求出此类机器人的逆解矩阵及支杆柔性铰链处微小角位移和末端位姿的关系。在此基础上,考虑支杆两端柔性铰链和弹性平板的弹性变形,运用虚功原理推导并联微动机器人静刚度矩阵。进而仿真分析机构各几何参数对静刚度的影响,获得支杆两端铰接点半径及直角弹性平板和支杆两端柔性铰链尺寸对刚度的影响规律,为此类并联微动机器人刚度配置和机构优化设计提供理论依据。

能量法求解全柔性微动机器人移动副的刚度

全柔性机构中柔性移动副(P副)刚度的求解是进行全柔性并联机构、全柔性并联微动机器 人分析的基础工作之一.在柔性铰链力学模型的基础上,利用能量法得出了非对称3-RRRP(4R)全 柔性并联机构的变截面柔性移动副(4R)单元上所受外力与端部变形之间的关系,结合柔性铰链的 柔性刚度矩阵求得柔性移动副单元刚度表达式方程.并用ANSYS工程软件建立相同的柔性移动副 模型进行模拟,模拟结果表明,推导的柔性移动副的刚度与模拟结果很相近,刚度的理论方程具有 一定的准确性.

全柔性机构在并联微动机器人中的应用

柔性机构,特别是全柔性机构以其特殊的性能在微位移、微操作、微装配等领域得到广泛应用。通过对柔性机构的特点、全柔性微动机器人与普通平面机构、平面并联机构、空间并联机构结合的例子等的介绍,对柔性机构,特别是全柔性机构在微动并联机器人领域的国内外发展现状作了较全面的介绍。指出了目前存在的若干主要问题。

新型基于6-PSS三维平台机构的并联微动机器人

提出一种新颖的基于 6 - PSS并联三维平台机构的微动机器人并介绍其结构布局特点 ,应用 Jacobian矩阵和力 Jacobian矩阵的子阵 ,分别对其线速度与角速度和力与力矩的各项同性进行了分析计算 ,并建立显式的微位移正解和反解方程 ,为其设计和使用提供理论依据。分析计算结果表明 ,该微动机器人算法与控制简单 ,微位移解耦和速度与力各向同性 ,具有最佳的运动和力传递性能。

新型6自由度并联微动机器人微运动学及其运动解耦性分析

利用坐标变换法,建立了新型6自由度并联微动机器人的微运动学模型,并对其运动解耦性进行分析;采用不同的初始驱动位移量和驱动方式,对该机器人的有限元模型进行分析,进一步讨论了其微运动学上的解耦性,最后对研制的微动机器人样机进行了运动解耦性测试和验证。该并联微动机器人的运动解耦,为其动力学分析、控制及其标定的简化提供了理论基础。

一种新颖的并联微动机器人结构的承载能力和速度指标分析

提出一种新颖的用于微动机器人的六自由度并联结构 ,应用并联机器人机构学理论 ,建立其力方程与速度方程 ,并对其承载能力和速度性能指标进行分析计算 ,为设计具有该结构的微动机器人提供了理论依据。分析计算结果表明 ,该并联结构是承载能力和速度各项同性的。所以 ,采用这种结构的微动机器人 。

3-RRR平面并联微动机器人的运动学分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。因此对其运动学的研究在机构学领域占有重要的地位。本文对平面并联微动机器人进行了建立伪刚性模型,采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过分析比较该机构的理论运动学方程、实验运动学方程和有限元运动学方程,得到输出平台适用的运动学方程。

新型可重组模块化并联微动机器人研究

针对国内各种结构并联微动机器人结构复杂、不易标定等问题,提出了一类新型的结构解耦可重组模块化并联微动机器人,根据任务要求,利用并联微动机器人构型原理,选择不同的运动支链模块可构建3-6DOFs(自由度)并联微动机器人.其运动支链模块是由简单的弹性运动副单元组成,采用一体化设计,从而保证微动机器人的精度要求,解决了并联微动机器人采用完全装配式装配误差大、整体加工式工艺性较差的技术问题。

应用闭环矢量原理建立三自由度平面并联微动机器人运动学模型

近年来面向生物工程、医学工程及微加工等领域的微操作机器人技术受到国内外学术界和工程界的广泛关注,发展速度极快,已被应用于实现细胞的注射和分割,微机电产品的加工和装配以及微外科手术等。微动机器人具有无摩擦无间隙、响应快、结构紧凑、刚性好、误差积累小等特点,以柔性铰链代替传统铰链后并联机构就正好具备以上特点适合用作微动机器人。本文对三自由度平面并联机器人(3-RRR型)采用闭环矢量原理建立了线性且有效的运动学模型,并利用MATLAB7.1软件编程计算出输出平台的位移、方位角与输入位移的关系。

整体弹性关节平面并联微动机器人ANSYS有限元分析

对整体弹性关节平面并联机器人建立刚性模型,采用闭环线型原理建立理论运动学线性模型(Jacobian矩阵),然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jaco-bian矩阵值),最后讨论两者关系,发现有限元模型比理论模型要精确。

基于DSP的微动机器人位置控制的实现

根据八面体变几何桁架微动机器人的结构特点和运动要求,设计并研制了基于PC机和DSP的主从计算机控制系统。阐述了该控制系统中DSP控制器的工作原理,给出了自适应LMS算法程序。实验结果表明,该控制系统具有较好的动态特性。

3-RRR并联微动机器人结构误差对其运动精度的影响

基于并联机构原理的微动机器人具有结构刚度大,承载能力强,运动精度高,具有误差平均效应等一系列优点,因此在生物技术、半导体集成和精密微驱动等领域中都有广泛应用。运动控制精度是并联微动机器人最重要的技术指标之一,提高精度不仅要提高驱动精度和构件加工精度,还要对结构参数进行识别以得到精确的结构参数。文章主要通过对3-RRR并联机器人进行位姿反解,并对结构参数方程进行微分来研究结构误差对其精度的影响。

并联微动机器人的研究现状

阐述了微/纳米技术的发展对微动机器人进行研究的意义,分析了国内外微动机器人尤其是并联微动机器人的研究现状.对并联机器人的机构类型、运动学性能、静力学和静刚度性能、动力学、精度、运动学标定以及微动机器人的系统检测和测试进行了分析研究.提出了进一步研究的内容和任务,得出了新型结构并联微动机器人系统开发的研究方法和技术路线.

基于细胞图像的微动机器人视觉分析及其轨迹规划

为提高微动机器人的运动精度,需要在微动机器人系统建立闭环控制系统,在细胞图像的基础上,分析微动机器人视觉特点,研究针对细胞图像的图像处理方法,提出细胞图像边缘连接的具体算法,通过细胞图像边缘连接方法得到图像特征,为进一步实现微动机器人轨迹规划和闭环控制奠定了基础。

三杆六自由度并联微动机器人的工作空间分析

针对提出的基于压电陶瓷驱动的三杆六自由度并联微动机器人,在分析其结构特点的基础上,通过坐标变换求出了其逆解方程。分析了影响并联微动机器人工作空间的约束条件,对定姿态工作空间采用一维搜索法求得边界点。用实例进行仿真计算,得到结构参数对工作空间的影响规律。与常规6-PSS并联微动机器人的定姿态工作空间进行了比较,说明了其工作空间分布的特点。所做的工作空间分析为机器人工作空间优化设计和机构尺寸设计提供了依据。

三自由度平面并联微动机器人运动学模型及工作空间分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。介绍了平面并联微动机器人伪刚性模型的建立方法,并采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过MATLAB7.1软件对该机构的三种运动学模型进行工作空间分析,并进行误差分析,得到输出平台适用的运动学方程。