球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制

采用Lagrange方法建立球面3-RRR并联机构基于动平台姿态参数的动力学模型。考虑在计算过程中采用线密度、厚度忽略等近似计算及工作过程中机构的磨损等微小变化造成的参数不确定性,进一步建立带参数不确定性的动力学模型。针对其在振动测试中的重复性动作等特点及参数不确定性设计鲁棒-自适应迭代学习控制器,并对此控制器进行稳定性证明。该控制器利用自适应算法对未知定常数的强大学习能力来补偿系统动力学模型的参数不确定项;利用迭代学习算法对期望轨迹进行零误差重复跟踪。由于该控制器吸取了系统动力学模型的已知信息,避免了一般模型未知系统迭代控制时必须满足的Lipschitz约束条件。仿真结果表明,在此控制器的作用下球面3-RRR并联机构能够很好地重复跟踪期望轨迹。

一种基于球面并联机构的肩关节的分析与设计

采用球面三自由度并联机构作为拟人机械臂的肩关节,在使全域角速度精度传递性能评价指标较好以及满足组装条件的情况下,选取合理的设计参数,最终确定了一种肩关节的完整设计方案,为拟人机械臂的整体研究奠定了基础。

基于并联球面机构的太阳跟踪装置研究

在分析国内外太阳跟踪装置的研究现状和发展趋势的基础上,提出一种新型双轴太阳跟踪装置,该装置基于球面3自由度并联机构,其具有刚度高,结构紧凑,跟踪范围大,易于实时控制等特点,为太阳能的利用提供了有力的技术支持.

3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。

基于三分支非均匀分布球面并联机构的腰关节设计

通过分析球面三转动副并联机构中三个分支的布局对工作空间大小的影响,把一般球面并联机构的三个分支由均匀分布改为非均匀分布,提出了基于三分支非均匀分布球面并联机构的拟人腰关节,选取了一组合理的几何参数,给出了完整的设计方案。该拟人腰关节前弯后弯角度大,基本能满足人体腰关节对工作空间的要求。

3-DOF平面并联机器人的类型分析与运动学

根据3-DOF平面并联机器人过渡关节为转动关节或移动关节,推知其过渡(关节)变量为转动变量或移动变量,将其分为两种类型,即过渡变量为转动变量的第一类和过渡变量为移动变量的第二类平面并联机器人。并导出了各类型具有的标准运动学模型及其解的结构。类型一的运动学正解为一元六次方程,最多有六组解;类型二的为一元二次方程,最多有两组解。反解运动学模型为一元二次方程或有惟一解。

含球面副并联机构的可调工作空间求解

为解决并联机构工作空间有限性问题,使其能够适应不同的工作环境及工况。主要以含球面副支链3-PSR并联机构的可调工作空间展开研究。首先在建立含球面副支链3-PSR并联机构几何模型的基础上,利用支链环封闭矢量法求解3-PSR并联机构的运动学方程;其次,综合考虑含球面副支链各运动副约束条件,构建了以滑杆的移动行程和连杆杆长之比为主要影响因素λ的3-PSR并联机构SimMechanics结构框图;然后,研究了影响因素λ对含球面副支链3-PSR并联机构的可调工作空间体积的变化规律;最后,在数值模拟的基础上,数值模拟出λ不同取值时3-PSR并联机构的位置工作空间体积图。研究结果表明,含球面副支链的3-PSR并联机构位置工作空间范围仍然有限,其形状规整分布均匀,且由转动副和球副转角限制的两侧边界、最大、最小杆长限制的上下部边界组成;且随着影响因素λ的取值,该机构可以达到扩大工作空间的目的,为含球面副支链3-PSR并联机构的后续应用设计提供了理论依据。

平面3-DOF并联手指的计算机控制系统总体设计

针对平面3-DOF并联手指机构的任务要求,对并联机器人分布式计算机控制系统的结构进行了分析,提出了平面3-DOF并联手指的分布式计算机控制系统方案。

基于三分支非均匀分布球面并联机构腰关节的运动学传递性能分析

把基于三分支非均匀分布球面并联机构应用于新型拟人腰关节,可以很大程度改善现有拟人腰关节的性能。为满足该拟人腰关节的性能要求,对其结构进行了运动学传递性能计算与分析,选取了一组合理的设计几何参数,从而使其基本能满足腰关节对工作空间的要求。通过分析腰关节的运动学传递性能,定义了角度传递性能评价指标,并研究了评价指标如何提高全域角速度传递性能。

基于球面并联机构腰关节的力学传递性能分析

提出了基于三分支非均匀分布球面并联机构的新型拟人腰关节,该关节前弯后弯角度大,基本能满足腰关节对工作空间的要求,选取了一组合理的设计几何参数,分析了腰关节的力学传递性能,定义了全域力矩精度传递性能评价指标,并研究了评价指标如何提高全域力矩传递性能。

3-3R球面并联喷胶装置控制系统设计

设计了3-3R球面并联喷胶装置的控制系统,根据并联机构的运动学特性和制鞋业喷胶工艺要求,采用了固高GT-400-SG-PCI-G运动控制卡,给出了其硬件连接和软件设计的方法。开发了操作简便,交互性良好的喷胶系统控制软件。控制软件实现了单轴控制、坐标系控制(多轴协调控制)、轨迹控制等模块。

三分支非均匀分布球面并联机器人的工作空间分析

通过分析球面三转动副并联机构中三个分支的布局对工作空间大小及分布的影响,把一般球面并联机构的三个分支由均匀分部改为非均匀分布,提出了一种三分支非均匀分布球面并联机器人,介绍了其结构布局特点,建立了结构约束条件,绘制出了工作空间的α截面边界图,定量分析了机构参数和工作空间大小及分布形状的关系,设计了一种三分支非均匀分布球面并联机器人样机。

3-DOF运动模拟器运动学逆解的算法研究

运动模拟器广泛应用于飞行员驾驶的模拟、工程的姿态模拟等场合,是较为重要的模拟仿真装置。运动模拟器运动学正逆解是研究运动模拟器的基础,这里基于3自由度运动模拟器,研究了机构的约束方程,并根据此约束方程推导出3自由度并联机构运动学逆解,为进一步研究运动模拟器奠定了基础。

3-RRS球面并联机构的位置解及工作空间研究

利用螺旋理论对3-RRS球面并联机构进行了运动分析。利用牛顿迭代法求解了3-RRS球面并联机构的运动学正解,应用闭环矢量法建立了3-RRS球面并联机构的位置逆解模型并推导出了相应的位置逆解算式,得到了3-RRS球面并联机构的8组逆解。实例分析验证了3-RRS球面并联机构位置解的正确性。利用数值搜索法求解了机构的可达工作空间,利用MATLAB编程绘制了机构在不同结构参数下的可达工作空间图,分析了工作空间的变化规律,为3-RRS球面并联机构的应用奠定了基础。

基于3-RRP并联机构的腕关节设计与分析

针对球面3-RRP并联机构的理论分析不足以致运动学与动力学特性不明确的问题,设计了该构型的具体结构,分析了其运动学传递约束与驱动力矩特性。根据关于位置反解的Panda-Kahan理论,明确了灵活姿态空间与可达姿态空间的分布情况。基于旋量互易积,建立了关节的运动传递与约束能效系数。在此基础上,应用多参数平面模型技术,进一步揭示了参数尺度、姿态空间、性能指标之间的耦合关系,从而确定了参数取值,明晰了优质姿态空间范围和性能指标分布趋势。并基于虚功原理,建立了动力学模型,定性分析了驱动力矩特性。研究结果表明:该腕关节机构兼具机构紧凑、姿态空间大、完全的运动约束性能与优秀的运动传递性能、大负载重量比的特点,符合人体腕关节功能特性。

含恰约束支链的驱动变胞机构构型综合与分析

不同于现有利用约束奇异和支链奇异实现的变胞并联机构,通过开启与锁死驱动副的方式,基于3-RRR球面机构(Sm),利用螺旋理论提出了一类含主动混联恰约束支链的多模式驱动变胞并联机构。针对所综合的3-SPS/SmPU驱动变胞并联机构,根据螺旋理论分析机构各构态的自由度,利用机构的结构特征和几何约束关系建立其运动学模型。此种通过开启与锁死驱动副实现并联机构变胞的方法也适用于其他变胞并联机构的构型综合,其变胞方式简便易行,全构态逆运动学求解简单,且该类变胞并联机构可有效避免变胞过程中的约束奇异和支链奇异。

基于3-RRR非对称球面并联机构的假肢肩关节机构优化设计

由于具有紧凑的空间布局和良好的结构刚度等特点,3自由度球面并联机构在肩、腕等多自由度关节的设计方面具有潜在的优势,但现有球面机构设计方法未结合人体肩关节工作空间呈非对称形貌、灵巧运动能力呈非对称分布的特点开展针对性的设计.本文以3-RRR非对称球面并联机构为原型,开展假肢肩关节机构参数优化研究,旨在改善非对称球面并联假肢肩关节机构的运动学性能.为此,首先确定了机构的参数化模型,在推导机构运动学正反解和速度雅可比矩阵的基础上,以机构工作空间对人体肩关节工作空间的覆盖程度最大、机构灵巧性最高和输入轴最大力矩最小为目标对机构的参数进行多目标优化设计.利用基于三角模糊数的模糊层次分析法计算各个指标的权重,以加权求和法从优化求解的Pareto解集中筛选出满足需求的最优机构参数.根据该最优机构参数设计的假肢肩关节机构,其工作空间能够有效覆盖人体肩关节的工作空间.和现有对称配置的球面并联机构相比,其机构灵巧性和最大关节力矩得到有效改善.研究工作可为假肢肩关节的设计与应用提供理论基础.