并联机床的灵巧度评价指标及其应用

研究了并联机床的灵巧度评价指标及其在实际加工中的应用。介绍了一种新型的五自由度并联机床,该机床机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。建立了该机床机构的雅可比矩阵,得到了三个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性;并通过对这三个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标-综合灵巧度系数和综合灵巧度,分别作为评价不同位形下灵巧度和整个刀位文件灵巧度的指标。最后,介绍了在实际加工中对不同加工轨迹的灵巧度进行综合评价的方法。实验结果表明:机床实际加工100平面圆,对各向同性有较高要求时的最优加工轨迹为z=650 mm,保证了机床加工过程中应具有良好运动和动力学性能的要求。

基于遗传算法的平面运动并联机构尺度综合

针对混联运动机床开发中所采用的二自由度平面运动并联机构部分进行了深入的研究,介绍了该平面运动并联机构的组成,推导了并联机构的运动学正、逆解求解公式,并给出了速度雅可比矩阵,以雅可比矩阵条件数的倒数作为灵巧度的标准并采用全域综合灵巧度的评价方法,基于遗传算法对该机构的结构参数进行了优化,为该机构的设计开发奠定了基础。

基于灵巧度的手术机械臂尺寸与结构优化

为了通过优化机械臂的尺寸来提高其运动性能,提出了一种基于运动学综合性能指标的机构尺寸和结构的优化方法。通过分析手术机械臂运动学雅可比矩阵奇异值,建立了全域空间条件数均值与全域空间条件数波动值的综合灵巧度指标,对远心点调整机构的尺寸进行了优化。基于对关节结构的有限元分析,优化其结构,实现了机械臂的轻量化设计。优化结果显示:优化后机械臂远心点的工作空间仍满足手术操作的需求,综合灵巧度指标提高了14.8%,被动关节质量减少了21.9%,一阶固有频率和最大应力指标也都有所提高。优化结果很好地满足了微创手术对机械臂灵活性及轻量化的要求。

基于轨迹晶格与综合动力灵巧度的Delta机器人轨迹规划

针对高速、柔性化Delta机器人轨迹规划中的精度与振动稳定性问题,提出一种基于轨迹晶格与综合动力灵巧度的轨迹规划方法。首先,根据前期的研究工作,建立了含关节间隙的Delta机器人系统完整弹性动力学模型;其次,定义了Delta机器人综合动力灵巧度,并基于此,提出了操作空间中微小晶格与轨迹晶格的概念;然后,以综合动力灵巧度为依据,考虑各种约束条件,在轨迹晶格中进行基于修正梯形模式的轨迹规划;最后,利用激光跟踪仪与动态信号采集设备,对提出的轨迹规划策略进行了实验分析。结果表明:所提出的轨迹规划策略能够精确、稳定地实现机器人的抓取与放置动作。

含两个冗余驱动并联机床的灵巧度分析

以两个冗余驱动的并联机床为研究对象,建立机床的运动学模型,得到机床的雅克比矩阵,并对机床进行灵巧度分析。利用雅克比矩阵建立了3个影响机床灵巧度的指标,即可操控性、条件数和最小奇异值,通过这3个灵巧度指标定义了综合灵巧度系数这个评价指标。最后采用MATLAB进行仿真分析,得到不同位置的灵巧度分布情况,为机床的优化和轨迹规划奠定了一定的理论基础。

新型并联机床工件坐标系定位的研究

建立了5-UPS/PRPU并联机床机构的雅可比矩阵。在此基础上,得到了3个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性。通过对这3个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标——综合灵巧度系数和综合灵巧度。把5-UPS/PRPU并联机床工件坐标系的定位问题归结为在满足工作空间前提下,对刀位文件综合灵巧度的优化,对这个非线性优化问题进行了求解,得到定位矢量,并结合一个曲面定位的具体实例,给出了算法验证。