新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验

面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论,推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵,建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度,基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程,推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上,设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机,搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统,对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵,分析得到了传感器测量精度,从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。

PSS3-2-1正交并联机构动平台的鲁棒快速跟踪控制

针对一种新型的六自由度的正交并联机构动平台,设计一种应用于此运动平台的以闭环系统的鲁棒性作为目标的控制算法,当平台在运动过程中受到一定程度的干扰时,它可以使平台自主达到动态平衡,并且该算法具有一定的实时性.运用该控制算法对此运动平台的轨迹进行跟踪控制,仿真实验结果证明,所设计的这种控制算法对模型不精确或者外部干扰对该动平台产生最坏的影响有很好的抑制作用,对PSS 3-2-1正交并联机构动平台轨迹跟踪具有响应速度快,鲁棒稳定性好等优点.

新型正交并联机器人静力学分析

并联机器人的静力分析对其驱动器的选择与控制有重要意义。定义了一种六自由度正交三维平台并联机器人新机型的静力学传递性能评价指标,给出这些指标在定位姿工作空间内的分布情况,为该种六自由度正交并联机器人的进一步研究和实用化提供理论基础。

PSS 3-2-1正交并联机构动平台的位姿控制

提出了一种便于实现的,简单方便的控制策略,即基于新型正交六自由度并联机构动平台系统的运动学特性,首先对动平台的逆运动学进行分析,建立逆运动学方程,然后建立无刷电动机的数学模型,由给定的平台质心的预期轨迹,通过逆解解出各运动支链的位移矢量,将其作为由驱动电机和编码器构成的半位移闭环的系统输入量,设计了一个模糊PID自整定控制器,用控制器对支链杆长变化进行跟踪,最后进行仿真实验。结果表明了所设计的模糊PID自整定控制器比模糊PID控制器能明显地改善控制系统的动态性能,具有响应速度快,调节时间短,稳定性好,抗干扰能力强,可以快速跟踪给定杆长变化,提高了系统的动态性能,证明了该控制方法的有效性,为PSS 3-2-1正交并联机构动平台的控制奠定了基础。

一种三维平移正交并联机构及其位置分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出了一种新型的能实现三维纯平移的空间3-P⊥R⊥4 r⊥R三自由度正交并联机器人机构。该机构通过动平台和定平台的3个全部由转动副和移动副构成的约束支链连接,使定平台上3个直线移动驱动副的轴线两两互相垂直。根据杆长约束条件,推导了完全封闭形式的位置正、反解。分析结果为该机构的设计及实用化提供了理论依据。

正交并联六维力传感器数学模型及参数优化

针对六维力传感器实际应用中所完成的任务不同,提出一种基于工况函数模型的并联结构六维力传感器结构参数优化方法,该方法所得到的优化结果更有利于传感器的受力和测量性能。首先介绍正交并联六维力传感器结构,并进行静力平衡方程求解,然后提出了基于工况函数模型的并联结构六维力传感器参数优化方法,以测力分支量程最小为优化目标,得到满足要求的结构参数及对应的测力分支最小量程。最后对正交并联六维力传感器进行结构参数优化,来验证该优化方法的可行性。

基于6-PSS正交并联机构的新型微操作机器人的位置分析

设计一种新颖的六自由度并联微操作机器人，推导出其位置正反解方程并对其微位移传递性进行分析，为其合理结构布局形式的设计提供理论依据，这种微动机器人具有微位移解耦和微位移传递各向同性等优点。

全解耦3-■PaRR三维平移正交并联机构

提出了一种新型全解耦3-■PaRR三维平移正交并联机器人机构,该机构由3条正交支链SOC{■∥Pa∥R∥R-}将动平台和定平台连接而成。应用螺旋理论分析了机构的运动性质、自由度及输入选取合理性。机构的运动学分析结果表明,其Jacobian矩阵为3×3阶单位阵,且行列式值为1,因此在整个工作空间内机构表现为无奇异且完全各向同性。故该机构具有良好的运动与力传递性能。

6-UPS正交并联机构运动学分析与研究

针对风洞天平试验的复位机构具有精度高、承载刚度大的特点,设计一种新型的6-UPS正交并联复位机构,介绍了此机构的组成及其工作原理。为了验证机构设计的合理性,对机构进行运动学建模,推导出其位姿的正反解方程,得到了杆长和运动平台的运动关系。基于蒙特卡罗法对机构的工作空间进行仿真分析,为机构设计的空间运动范围提供理论依据。通过Adams仿真软件,实现了6-UPS正交并联机构的正解和逆解的仿真分析,对复位机构在运动过程中的正解和逆解进行了仿真验证。研究表明:运动学的理论求解具有正确性和可行性,对复位机构的设计与研究有重要的指导意义。

正交并联式六维力传感器设计与标定方法

近年来,随着我国航天航空、汽车工业、机器人应用等行业的快速发展,六维力传感器以其独特的优势,广泛应用于这些领域。但六维力传感器由于精度高、研究难,在设计和标校方面上受到诸多约束。该文首先介绍六维力传感器的特点及应用领域,然后提出正交并联式六维力传感器的工作原理,建立传感器的数学模型,最后对正交并联六维力传感器进行静态标定,有效减少传感器的实际测量误差。

基于非正交并联机构的天平校准复位系统的设计开发

精度是天平校准设备研制的核心问题。天平载荷越大,精度实现越困难。为实现大载荷条件下的天平校准精确复位,研究了在多个领域有成熟应用先例的非正交并联机构其应用于天平校准复位系统的可能性和先进性。通过计算和分析,验证了并联机构应用于天平校准复位领域,对于提高天平校准系统的精度和效率有重要意义。

基于曲线拟合的正交并联六维力传感器静态标定

针对六维力传感器在本身制造、安装和工作条件等因素的影响下造成输入与输出之间并非处于理想线性关系的问题,提出一种新的基于最小二乘的曲线拟合静态标定算法,该算法得到的六维力传感器静态标定结果与以往算法相比精度更高。首先,推导正交并联六维力传感器的数学模型。然后,介绍最小二乘法以及对最小二乘拟合进行理论分析。其次,提出基于高次曲线拟合的静态标定算法,建立六维外力/力矩与分支输出电压之间映射关系的拟合多项式,并求得曲线拟合系数矩阵。最后对正交并联六维力传感器进行静态标定试验,来验证该标定算法的正确性和优越性。

正交并联式六维力传感器动态特性理论分析

六维力传感器的动态性能在实际应用中非常重要,文中对正交并联式六维力传感器进行了动态性能的理论分析与实验研究。首先介绍了正交并联式六维力传感器的结构及特点,建立了传感器的数学模型。然后根据螺旋理论与多自由度系统振动力学推导分支振动模型和传感器整体振动模型,并求解传感器系统的运动微分方程。最后搭建了传感器测试系统并进行了脉冲响应实验,通过比较固有频率的理论数值与实验数值,验证了理论分析的正确性和可行性。

6-PPPS正交六自由度并联机构的位置正反解

针对一种新型6-PPPS并联机构,提出方向余弦阵法进行位置正反解的解析求解。利用机构运动副的运动参数构建并联动平台的方向余弦阵,通过添加约束条件,得到唯一的反解,同样方法可得出所有从动移动副的运动参数。根据方向余弦阵的性质构建约束方程,利用Maple软件辅助求得8组解析正解。根据球铰的约束,发现该机构实际正解唯一,给出了唯一正解的求取方法。

正交3自由度平动并联机构平台的运动学分析

为了研究正交3自由度平动并联机构平台,设计了该并联机构平台构型;利用校正后的Kutzabach-Grubler自由度计算公式验证该并联机构平台的输出是3自由度运动;根据各构件之间的几何关系,探求各运动支链的夹角与摆臂之间的约束方程;通过运动坐标系和固定坐标系相互之间的映射关系,建立并联机构运动平台参考点的位置方程;对并联机构平台的位置正、逆解等内容进行求解,得到了并联机构平台的速度与加速度表达式。最后,根据设定好的运动规律参数对其进行运动学仿真,并在运动平台上设定参考点,获得了运动平台的运动轨迹和相关运动规律曲线图,验证了并联机构平台的动态性能。

基于正交机构的机器人肩关节静力学分析与结构参数设计

为了增大机器人肩关节的工作空间和承载能力,改善机器人肩关节的通用性与适应性,提出一种基于3-RRR正交球面并联机构的新型机器人肩关节,并对机器人肩关节进行了静力学分析和结构参数设计。首先,应用虚功原理建立机器人肩关节的静力学传递方程;其次,利用矩阵理论中的范数知识,将力雅克比矩阵引入静力学性能评价指标中,定义了机器人肩关节的静力学性能评价指标和全域力矩性能评价指标,并绘制了静力学性能评价指标在工作空间内的性能图谱。建立了基于机器人肩关节全域力矩性能评价指标的目标优化函数,分析了目标优化函数与全域力矩性能评价指标的关系,并利用全域搜索法,得到了机器人肩关节的优化结构参数：中间杆WB的杆长为49.8~60 mm,连架杆AU的杆长为90~112 mm。分析结果表明,机器人肩关节在初始位置附近具有良好的静力学传递性,且其随着转角的增大而降低。最后,根据优化的结构参数设计了新型的机器人肩关节。

一种三维正交振动试验平台的柔度分析

振动试验模拟台受力变形的理论分析对其方案设计和合理使用很有帮助。研究一种新颖的三维平动机械式振动试验台的受力变形问题,推导其变形与力关系方程,定义其柔度性能评价指标和柔度工作空间,并绘制柔度工作空间的轮廓图,这对该种试验台的任务规划有重要意义。

机械解耦自标定并联六维力传感器设计及仿真

针对传统多维力传感器研制后均需繁冗的加载标定这一现状,提出了多维力传感器"自标定"设计理念,通过钢球滚动机械解耦,设计了一种弱耦合全压向力自标定正交并联六维力传感器结构。论证了该六维力传感器的滚动解耦原理,分析了其自标定原理。基于螺旋理论建立了该六维力传感器理想数学模型,计算得到其一阶静力影响系数矩阵。考虑分支弹性变形,基于高次超静定结构力学求解原理,对该六维力传感器进行了受力分析与仿真计算,结合数值算例论证了其自标定特性,从而为该新型六维力传感器的研制奠定基础。

新型6-PSS并联机器人工作空间分析

提出一种由 Stewart平台演绎而来的正交 6 - PSS并联机器人新机型 ,介绍其结构布局特点 ,基于位置反解及其结构约束条件 ,绘制其工作空间的轮廓图 ,并定量分析该并联机器人 RPY角和机构尺寸参数对其工作空间大小的影响 ,为该并联机器人的设计与实用化提供理论依据。

一种仿人髋关节的机械机构设计及分析

本文针对人体髋关节的结构进行机械机构的设计、分析、建模及仿真,提出了以三自由度球面并联正交机构作为髋关节的运动机理,利用机械原理、机械设计、并联机器人理论和机器人运动分析理论进行仿人髋关节的机构设计与分析的研究。