基于齐次变换矩阵数值解的6自由度并联机构位姿正解解算

为提高6自由度并联机构位姿正解求解速度,提出了一种基于齐次变换矩阵数值解的位姿正解解算方法.结合齐次空间变换矩阵前3阶顺序主子矩阵的正交特性及各液压缸杆长约束条件,建立了以齐次变换矩阵12个元素为未知量的非线性方程组的数学模型,得出了雅克比矩阵解析总表达式,采用牛顿拉夫逊法算法逐次迭代得到齐次变换矩阵数值解,再根据齐次变换矩阵与位姿转化关系求解对应位姿.结合实例,利用位姿正解仿真解算模型对所提出的位姿正解方法准确性及高效性进行了验证.结果表明:以齐次变换矩阵元素为变量的位姿正解解算方法比以位姿为变量的传统计算方法速度快.

6自由度绳牵引并联机构的运动轨迹规划

首先,基于6自由度绳牵引并联机构的运动学逆解模型,给出了可用于运动轨迹规划的绳的速度和加速度 的一般结论:绳的速度值始终不大于动平台上相应铰链点的速度值;而正的绳加速度值始终不大于动平台上相应 铰链点沿绳拉力方向的加速度值。接着,提出一种适用于大部分工作空间的绳拉力的计算算法。然后,选择一个 结构紧凑的6自由度完全约束定位机构,以末端执行器能实现空间螺旋∞型的轨迹为目标,进行运动规划,研究 绳的运动特性。仿真结果验证了以上所得到的一般性结论。同时表明,一些绳的拉力的变化不大;而另外一些绳 的拉力的变化很大。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提供依据。提出的运 动轨迹规划方法对一般的6自由度绳牵引并联机构都适用。

3-U^rSR 6自由度并联机构位置分析

提出一种采用球面2自由度五杆作为驱动装置的3-UrSR并联机构。对该机构自由度进行了计算,对机构的位置反解进行了分析和研究,并列出了正解的约束方程组。最后用反解验证了正解的正确性,给出了该机构的位姿分析的数值仿真实例及图形。

6自由度3-U^rRS并联机构的位置正解分析

机构的位置分析是求解机构的输入与输出构件直接的位置关系,是机构运动分析最基本的任务,也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构综合等的基础。在实际应用中,解正解问题意味着决定机器人末端执行器当前实际的位姿。基于此,提出一种新型3支链6自由度并联机构3-UrRS,采用球面2自由度五杆机构作为复合驱动装置。以机构上平台3个顶点之间的长度为约束条件,建立约束方程,研究该并联机构的正解的封闭解形式,得到一个16次方的一元多项式方程。以3-UrRS自身的机构特点建立约束方程,得出反解的封闭解形式。最后对该正反解的研究结果进行数值验证,正解的计算结果与反解的计算结果十分吻合,仅有微小误差,这是由计算的累积误差引起的。

6自由度绳牵引并联机构的运动学分析

在分析总结前人研究成果的基础上,提出了一种由7根绳牵引的结构紧凑的6自由度并联机构:首先对机构构型进行了描述:接着建立了机构静力学模型,总结了前人关于绳牵引并联机构的可控工作空间、具有拉力条件的工作空间和具有刚度条件的工作空间分析方法;并针对提出的6自由度绳牵引并联机构,采用Monte-Carlo技术在Matlab环境下编程进行仿真,验证所采用的工作空间分析方法的可行性。仿真结果表明:机构平动可控工作空间大而转动工作空间小;在主位姿附近机构的刚度性能好:但许可的绳拉力范围小;工作空间的边界问题仍待解决。后续工作还将进行机构的运动学综合。该构型的6自由度绳牵引并联机构在超大工作空间的机器人领域有潜在的应用前景。

确定6自由度6-3-3并联机构位置正解的数值方法

首先,基于机构学理论和6自由度6-3-3并联机构的基本几何关系,利用MATLAB符号数学计算工具箱得到了求该机构正向位移解的非线性方程组。接着将该方程组的求解问题转化为非线性最小二乘问题,使用MATLAB优化工具箱库函数lsqnonlin求出了具有明确工程意义的正向位移解。最后,给出了一个算例。

6自由度6—3—3并联机构支链干涉检验的动画仿真方法研究

分析了6自由度6—3—3并联机构的逆位移解并推导得出了该机构各构件的运动方程,提出了基于逆位移解的该并联机构支链干涉检验的动画仿真方法,该方法既实现了支链干涉检验的可视化,也避免了使用各支链所在异面直线间距离作为是否发生支链干涉现象的判据所存在的不足。最后给出了该机构的支链干涉检验动画仿真程序的开发思路并通过算例验证了所开发程序的正确性。

6自由度并联机构平台正解方法研究

介绍一种6自由度平台,定平台通过六个结构完全相同的驱动分支UPU分支与动平台相连接,针对该6自由度平台机构提出了一种运动学正解方法,运用正解方法对机构进行操作,并与逆解算法的目标值进行比对,通过给出反馈修正量,可以有效提高平台的运动精确度,对提高平台的运动精确性起到明显作用。

基于支链构造法的新型6-DOF并联机构构型设计

提出一种新型3支链6自由度机构构型设计方法。对于6自由度并联机构,支链对动平台没有自由度约束,只存在尺度约束。在每条支链中都加入一个球副,用以实现3转动自由度,其余运动副用以实现3移动自由度。以支链中移动副的数目为分类原则,得出了24种通用支链结构,在此基础上,对支链运动副轴线的位置进行特殊配置,得出了对应的新型支链结构。应用得出的支链结构,对其进行组合,设计出一系列6自由度并联机构,并且以简化运动学求解、扩大工作空间为目的,给出支链内部运动副轴线配置及支链空间拓扑位置的配置设计原则。对得出的新型3-RPPS机构进行运动学、尺度约束和工作空间分析,并建立与机构性能相关的尺度要素与构型综合的关系,验证了本方法的有效性。

3-PUPU并联机构的自由度分析与仿真

为了解决复杂铸件的打磨、抛光仍需依靠人工完成的问题,提出了一种新型6自由度对称并联机构3-PUPU机构。运用螺旋理论对该机构进行自由度的分析与计算,并应用多自由度并联机构输入选取理论选取主动输入副。然后利用Solid Works软件建立三维实体模型,并将模型导入到ADAMS软件进行自由度的分析验证。虚拟样机验证结果与理论分析结果一致。

基于差分进化的六自由度并联机构运动学正解

6自由度摇摆台因其具有刚度大、承载能力强、惯性小、位置误差不积累、易于力反馈控制等优点得到了越来越深入的研究与应用。通过分析6自由度并联机构的结构与运动学模型,提出了一种具有全局寻优的基于差分进化的位置正解方法。差分进化方法在充分借鉴遗传进化算法的思想基础上,采用了3个基因的相对信息,可以较好地提升算法的全局寻优能力,而且算法采用实数编码方式更容易在实践中应用。仿真表明了该算法对求解问题起到了很好的全局优化作用。

6-3-3并联机构部分工作空间奇异性分析与仿真

建立了6自由度6-3-3并联机构的运动学逆解模型,给出了该机构奇异性判别矩阵。基于其运动学逆解和奇异性判别矩阵行列式数值是否为零,提出了对该机构部分工作空间进行奇异性仿真的方法并使用MATLAB语言开发了该机构部分工作空间奇异性仿真程序。最后给出了四个算例。研究为该并联机构的轨迹规划提供了技术基础。

基于螺旋理论的6-DOF耦合并联机构设计分析与优化

针对并联机构在柔性装配与打磨等场合的应用,分析设计了一种新型6-DOF耦合并联机构。基于螺旋理论设计了机构支链,并以提高机构刚度和降低运动惯量为目标对支链机构进行了优化设计。对该耦合并联机构按照固定原则对其进行解耦分析,得到了机构的运动性质和等效运动方式,并利用修正的G-K公式验算了该机构的自由度数目。最后,制造了该耦合并联机构的样机,对其进行了运动控制实验。实验结果表明了该机构构型的合理性与实用性。

新型并联机床的柔度指标及其在工作空间内分布研究

研究并联机床的柔度及其在工作空间内的分布情况 ,对并联机床的方案设计和使用有重要意义。对一种新颖的以 6 - SPS正交 3维平台机构为原型 6自由度并联机床的变形与力关系进行分析 ,基于柔度矩阵的子阵 ,提出该并联机床在任意位姿的 4个柔度评价指标 ,并给出了这些评价指标在定位姿工作空间内的分布情况 ,为该并联机床的合理任务规划和因受力变形而产生的加工误差分析提供依据。

6-SPS球平台并联机器人及其局部力和运动传递性能分析

提出一种 6-SPS球平台 6自由度正交并联机器人新机型 ,介绍其结构布局特点 ,对其局部力与运动传递性能及它们与机构几何参数关系进行分析 ,为其设计和实用化提供理论依据。分析结果表明 ,该球平台机构在正交位姿力和运动传递性能各向同性 ,特别适合于作为 6自由度微动操作机器人和 6维力传感器结构。

4-RRR冗余并联机构的运动学分析

针对4-RRR冗余并联机构的输入及输出构件间的位置关系展开研究。基于运动螺旋理论,分析了该机构的自由度性质,并确定了主动副的位置;建立了机构的逆运动学方程及正运动学方程,并对给定运动平台的位姿进行了数值计算,以验证所建立方程的正确性;研究了机构的运动解耦性以及运动平台的工作空间大小与连杆长度变化的关系;最后,对给定运动平台的运动方程下主动副的输出转角进行了数值仿真。

按照性能指标进行机构优化设计

提出了一个根据给定相关性能(如精度和工作空间),设计6自由度并联机构的可靠方法。该方法采用了区间分析理论及其算法,不仅可以分析末端执行件定位精度的测量误差,也能够得到设计参数的取值区间。只要并联机构的几何参数满足这些求得的设计参数区间,该并联机构必然达到相关的性能要求。利用本文的算法,应用于一个6自由度的并联机构设计。本文通过对该并联机构搜索空间的分析,比较了设计参数和阈值对计算结果和效率的影响。

与串并联机构运动等效的新型并联机构综合方法研究

为简化串并联机构结构,使该类机构得到更好的应用,提出一类与串并联机构运动等效的并联机构,其特点在于没有中间平台,两个并联机构通过对应分支直接连接或共用部分运动副连接在一起融合为一个整体机构。基于螺旋理论,提出了这类并联机构综合方法,给出了综合条件,制定了综合流程。采用该方法,对与三转动机构和三平移机构构成的串并联机构运动等效的新型6自由度并联机构进行了综合,综合出多种新机构,丰富了并联机构构型。新型6自由度并联机构结构上具有结构简单、紧凑,轻量化的优点。对综合出的机构进行约束力分析表明,球面三转动子机构力学分析中不存在静不定问题。综合的6自由度并联机构以其在结构和分析上的优点,在指向隔振等领域具有良好的应用前景。