直线驱动型Delta并联机器人运动学研究

与旋转驱动型相比,直线驱动型Delta并联机器人具有更大的工作空间和更好的结构刚度,但其运动学分析算法研究较少且复杂。针对上述问题,本文在简化直线驱动型Delta并联机器人运动模型的基础上,提出基于坐标关系的运动学问题求解算法。首先简化直线驱动型Delta并联机器人结构,并进行结构建模;然后设定空间坐标系,将机器人的结构关系转化成坐标关系;最后根据其坐标关系,建立三元二次方程组,求解运动学关系。其中,方程组多解取舍问题可通过约束条件的限制有效解决。实验结果表明,本文算法简单合理、鲁棒性好,使用价值高。

直线驱动型并联机器人反向动力学分析与验证

以直线驱动型并联机器人为研究对象,根据其几何结构模型,利用矢量法建立并联机器人的运动学模型,并得到其运动学逆解、速度和加速度模型。利用虚功原理建立反向动力学模型,分析机械系统中各个运动部件在虚位移下对应的广义力,推导出其动力学方程,并确定其影响因素。给定动平台末端一个已知轨迹,反解出各个电机的力矩,分析得出惯性项是力矩的最大影响因素。通过ADAMS与Matlab联合仿真和负载特性试验,验证了动力学理论模型的正确性,为并联机器人的尺寸综合与轨迹规划奠定了理论基础,也为同类并联机器人控制器的研究与开发提供了理论支撑。

直线驱动型并联机器人工作空间分析与优化

与旋转驱动型相比,直线驱动并联机器人具有更大的工作空间,但存在工作空间求解较复杂、精度不高和优化目标不合理的问题。针对上述问题,根据并联机器人的结构和运动学模型,提出了一种极坐标变步长迭代搜索法求解并联机器人工作空间,分析各结构参数变化对工作空间的形状、尺寸、对称性的影响趋势。提出一种综合机器人灵巧度与工作空间利用率的全局混合性能指标,并以此为目标函数建立了结构参数优化的数学模型,利用粒子群算法对不同工况下机器人尺寸参数进行优化,得到基于机器人操作性能和工作空间利用率的最优参数,对不同权重下优化得到的参数进行仿真,验证了目标函数的正确性和有效性。通过激光跟踪仪测出的实际工作空间与理论工作空间模型进行对比,验证了工作空间理论模型的正确性,为后续的尺度综合研究打下基础。

直线型DELTA并联机器人控制研究

针对一种直线型DELTA并联机器人,研究了其模型构建与运动控制方法。介绍了一种直线型DELTA并联机器人的基本结构。根据其基本结构建立了完整的模型示意图,利用几何约束关系得到其运动学模型。在Matlab中求得运动学正、逆解,并利用M语言编写三维动态仿真程序来验证结构设计及对其运动学分析的有效性。利用C++语言将运动学函数封装成动态链接库文件供控制程序调用,采用Qt设计控制程序成功实现规划轨迹控制。仿真及实验结果验证了建立的直线型DELTA并联机器人模型的合理性及控制程序设计的有效性。

4-DOF并联机器人型综合与分析的计算机辅助几何法

提出运用计算机辅助几何法来研究新型4自由度并联机器人的型综合问题,利用在CAD软件草图环境下建立的并联机器人模拟机构,基于并联机器人的模拟机构,综合出多种新型4自由度机构,并用计算机模拟法,分析了动平台的运动特性。模拟结果表明,计算机辅助几何法的应用,不但大大简化了并联机器人机构型综合的难度,而且快捷直观,值得推广。

含有纯约束分支的无耦合2T型并联机器人构型综合

为解决并联机器人强运动学耦合性问题,提出一种含有纯约束运动分支的无耦合二维移动(2T型)并联机器人的构型综合方法.此类并联机器人的分支运动链包括2种类型:向动平台提供驱动力的主动分支和仅提供约束的纯约束分支.首先基于机构输入-输出运动之间的数学模型和驱动力螺旋理论建立了机构主动分支的结构综合方法;然后根据分支运动特性和约束螺旋理论实现了纯约束运动分支的结构综合;最后按照各分支运动链的配置条件完成了并联机器人的构型综合,得到多种新型机构.对综合出的2种2-RURR/RRR和2-CPR/RPR并联机器人进行自由度和运动分析,基于其雅可比矩阵判断出机构均具有无耦合运动学特性,验证了所提出理论方法的正确性和有效性.

3-RPC型并联机器人模糊滑模轨迹跟踪控制研究

分析了直流伺服电机驱动的3-RPC并联机器人的运动学反解,并对其进行了轨迹规划;设计了传统滑模控制及模糊滑模控制,建立了仿真模型,并完成了各支路的期望运动的轨迹跟踪。仿真结果表明:模糊自适应增益滑模控制比传统滑模控制精度更高,响应时间明显更快,更能有效地消弱控制中带来的抖振现象。

仿生型步进式直线驱动器的研究

本文提出一种新型直线驱动器的仿生动作原理，并设计出两种机械结构及其控制器。实验表明，这类驱动器具有精度高、步距可变、输出力大、行程长、结构简单、体积小、内藏传感器、具有极好输出特性等特点。这类驱动器适用于一切超高精度的直接驱动。

计算机辅助几何法分析4-DOF并联机器人

提出运用计算机辅助几何法来研究新型四自由度并联机器人的型综合问题,利用在CAD软件草图环境下建立的并联机器人模拟机构,基于并联机器人的模拟机构,综合出多种新型四自由度机构,并用计算机模拟法,分析了动平台的运动特性。模拟结果表明,计算机辅助几何法的应用不但大大简化了并联机器人机构型综合的难度,而且快捷直观,值得推广。

一种基于智能材料的微小型步行机器人的研究与设计

通过对微小型“六足步行机器人”结构体系、功能特点的理论分析与应用研究,完成了基于形状记忆合金的微小型步行式机器人相关技术的探索。设计方案具有一定的先进性和可行性,技术措施也具有一定的合理性和可靠性,其设计思想和技术方法可为其他微小型步行机器人的研究提供借鉴和参考。

二维直线电机的并联型无模型自适应复合控制

针对二维直线电机平台系统的XY轴协同控制问题,将PI与并联型无模型自适应相结合的复合控制方法应用于控制系统。该控制方法通过在每个子系统加入PI控制方法保证其稳定性,再通过并联型的无模型自适应控制方法来提高整个系统的跟踪性能,以减小系统位置误差。基于数据驱动的无模型自适应控制方法设计二维直线电机系统控制器,其优势在于无需被控系统精确数学模型,仅根据被控系统输入输出数据对系统进行控制。相比基于模型的控制方法,该方法能够减小未建模动态产生的干扰,有效提高控制精度。仿真及实物控制效果对比结果表明,这种复合控制方法明显提高了整个系统的稳定性和位置跟踪精度。

Delta型并联机器人的位姿误差模型建立与求解

为分析Delta型并联机器人的运动学参数误差对绝对定位精度的影响,建立和求解了位姿误差模型。将并联的传动支链拆分为串联机构,利用D-H变换矩阵求解出运动学模型,将从动臂的微转角引入D-H变换矩阵中,再根据动平台中心位姿误差的唯一性,求解得到用线性方程组表示的位姿误差模型。将某实际Delta型并联机器人的减速器安装端面的角度误差进行模型分析,验证了模型的可靠性。该模型可为Delta型并联机器人的后续精度分析和误差补偿提供分析工具。

双足机器人腿部新构型设计与试验研究

探究高动态性能双足机器人对腿部设计的要求,阐明机器人腿部设计准则、设计方案和实现措施。提出一种腿部串并联新构型方案,膝关节驱动器上移到髋关节,踝关节驱动器上移到膝关节,膝关节驱动器通过简化五连杆机构将运动传递到膝部,踝关节驱动器通过并联四连杆机构将运动传递到踝部。对踝关节并联机构和整个腿部关节进行运动学正逆解,建立新构型机器人的仿真模型。考虑运动控制算法,完成机器人动力学仿真。测试准直驱驱动器性能,并完成串并联构型腿部样机试验验证,机器人可实现0.4m/s的行走速度。结果表明,提出的腿部串并联新构型与传统串联构型比具有更高的运动性能,新构型机器人性能在真机测试中得到验证。该串并联新构型方案在双足机器人和其它服务机器人领域具有广阔的应用前景。

多维超精密微驱动器及控制系统的研究

介绍了电致伸缩陶瓷驱动的高精度、高分辨率、高频响的仿生型两维大行程超精密驱动器和六自由度超精密微驱动器，说明了驱动器的结构、工作原理、技术指标及应用情况，并介绍了所研制的ＰＤ系列压电／电致伸缩陶瓷驱动电源。

一种并联式3D打印机的设计与制造

研究并联式3D打印机的结构设计。传统的3D打印机通过XYZ三轴导轨的运动,控制打印头将打印材料层叠起来形成空间模型;并联式3D打印机采用Delta并联机器人结构,由三根并联臂带动动平台,最终实现打印机喷头输出三个移动自由度。对并联式3D打印机的工作空间进行了理论建模,在adams下对其运动进行了仿真,对打印机的电气控制部分进行了设计。通过制造样机进行实验,验证了理论分析,并得出结论。并联式3D打印机具有更高的打印速度和精度,对零件的批量生产具有重要的意义。