一般机构的解耦运动

运动解耦的机构容易控制 ,并且可以达到更高的运动精度。然而随着机构学不断发展 ,尤其是并联机构的出现 ,很多机构不具有运动解耦的性质。对于并联机构 ,可以得出结论 ,运动不解耦才是其本质特征。因此有必要研究一般机构实现的简单运动 ,并定义为解耦运动。解耦运动对机构的运动控制和轨迹规划都有一定意义。使用螺旋理论 ,给出了解耦运动的定义、分类 ,及机构存在解耦运动的必要条件和充分特例。最后通过一个二自由度转动机构的设计实例 ,综合了上述概念和方法。

潜艇垂直面运动的解耦控制

针对潜艇的垂直面的运动控制系统在运动中存在严重的耦合问题 ,忽略潜艇运动特性中非线性因素 ,运用解耦控制方法进行垂直面的运动控制 ,将系统分解为两个SISO系统进行潜艇运动特性分析 ,该控制算法可应用于深水及近水面的潜艇运动控制 ,其控制结果良好 .

并联机构运动解耦设计方法与应用研究

根据基于方位特征集（POC）的并联机构拓扑结构设计理论,对国内外已有的2~6自由度运动解耦并联机构,进行拓扑结构及其运动解耦性分析,发现机构运动解耦不仅与拓扑结构有关,而且还与运动参数有关;接着从这2个层面提出了并联机构运动解耦的4个规律,以及相应的基于基本运动链（BKC）合成与分解、基于子并联机构等效支链、基于合理选取基点,以及基于移动副平行、垂直配置等4个运动解耦设计原理及其方法,其中,提出了将并联机构的运动解耦分为位-姿分离解耦、位-姿内部解耦的思路,可作为运动解耦的方向和顺序;进一步,设计了15个运动解耦并联机构。

基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型:两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。

零耦合度且部分解耦的3T1R并联机构设计与运动分析

零耦合度(κ=0)且运动解耦的三平移一转动(3T1R)并联操作手机构,不仅其运动学和动力学分析简单且能得到解析解,实时控制也较容易。根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和冗余支链消除奇异位置原理,设计了一种含冗余支链的3T1R并联操作手机构,对其进行拓扑结构分析,主要包括POC集、自由度、运动解耦性以及耦合度分析,表明其耦合度为零且具有部分运动解耦性;根据提出的基于序单开链法的运动学建模原理,方便地求解出机构的位置正解解析解;基于导出的位置逆解公式,分析了机构的工作空间、转动能力及其奇异性条件;推导出机构动平台的速度、加速度变化规律。

一种新型的三自由度垂直相交运动解耦液压伺服关节的设计

在总结了机器人各种关节的基础上 ,提出了一种新型的三自由度垂直相交运动解耦液压伺服关节的设计方案 ,阐述了其工作原理 ,并对其进行了优化设计 ,给出了该关节的优化设计参数 ,根据优化的参数设计了该关节 (以 X轴运动为例 )的具体结构 ,最后总结了该关节的特点。

大范围平动并联机器人运动学解耦与速度自适应规划

并联机器人是一种多支链、多关节、强耦合非线性系统,具有高速、高刚度和大负载等明显优势而被广泛应用到工业领域。然而,随着关节数量的增加导致该类机器人运动学解耦和高精度平稳控制的难度较大。为实现大范围平动3-RRRU并联机器人自动化轨迹跟踪和控制的平稳性,针对运动学解耦和速度自适应规划方法展开了系统、深入地研究。首先,应用DH法建立了机器人运动学模型,基于结构约束条件完成运动学解耦计算,并在S型控制策略中加入速度自适应修正机制,依据不同轨迹可自动计算并修正最大速度参数,实现自适应优化;其次,采用激光跟踪仪对机器人轨迹进行动态跟踪,对比分析了S型速度和梯型速度控制策略下的跟踪精度,梯型速度规划下其最大误差高达4.513 mm,是S型控制策略的3倍,且位置误差曲线出现多个尖峰值,说明因速度突变导致运动平稳性较差;最后,测试S型速度规划下采用自适应修正机制前、后机器人的平稳性以及轨迹跟踪精度。实验结果表明:当规划路径难以实现机器人加速到原预设最大速度时,在轨迹末端存在较大的惯性速度,产生位置尖峰误差为2.676 mm,是修正后最大误差的2.4倍,且伴随着明显的冲击效应。引入自适应修正机制后圆轨迹的起点和终点位置误差分别为0.722 mm和0.382 mm,二者相对位置偏差仅为0.34 mm,且末端定位误差相比修正前降低了一个数量级,有效解决了机器人存在惯性冲击效应的难题,大幅提高了机器人整体轨迹跟踪的精度和控制的平稳性。

运动解耦和低耦合度选择顺应性装配机器手臂并联机构的设计及其运动分析

根据基于方位特征集方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计出一种运动解耦、低耦合度(κ=1)且具有较大转角的新型选择顺应性装配机器手臂并联机构(RPa3R)2R-2RSS,并对该机构进行拓扑特性分析。基于序单开链运动学建模原理,给出了该机构位置正解封闭解的代数法,同时导出机构位置反解,验证了位置正解的正确性。基于位置反解,对该机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。

新型6自由度并联微动机器人微运动学及其运动解耦性分析

利用坐标变换法,建立了新型6自由度并联微动机器人的微运动学模型,并对其运动解耦性进行分析;采用不同的初始驱动位移量和驱动方式,对该机器人的有限元模型进行分析,进一步讨论了其微运动学上的解耦性,最后对研制的微动机器人样机进行了运动解耦性测试和验证。该并联微动机器人的运动解耦,为其动力学分析、控制及其标定的简化提供了理论基础。

运动-力解耦的多维轮力传感器研究

介绍了一种具有运动-力解耦功能的多维车轮力传感器。基于车轮力传感器的特殊安装与实用环境的测量误差,在常规轮力传感器力-力维间解耦与测量的基础上,引入运动测量技术与校正方法,提出了一种联合的解耦方法,能够对运动场下传感器测量的旋转耦合误差和惯性耦合误差进行补偿,同时还兼顾初值误差校准,进一步提高了车轮力的测量精度和稳定性,即实现运动-力解耦。

气固流化床的离散颗粒运动-碰撞解耦模型与模拟

基于分子动力学和气固两相流体动力学,建立流化床稠密气 固两相离散颗粒运动 碰撞解耦模型,采用硬球模拟方法处理颗粒与颗粒之间的碰撞,及大涡模拟方法处理气相湍流流动.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合由牛顿第三定律确定,数值模拟二维鼓泡流化床内稠密气 固两相流动,得到了气泡的形成、发展及颗粒的流化过程,计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响气 固两相流动特性.

解耦球面转动并联机构的运动分析与验证

详细分析了一种解耦球面转动并联机构的运动特性,利用速度关系证明该机构具有3个完全解耦的转动自由度,并具有工作空间大、刚度均匀一致、误差分布全局各向同性的优点。针对机构约束冗余的不足,进一步提出了避免过约束的改进机型。

风洞六自由度机构运动解耦性分析

为了提高高速风洞试验的可靠性,设计了一种适用于支撑外挂物模型的六自由度机构并提出一种尾支杆变换后姿态角的补偿方法。通过串联机器人正向运动学的指数积(POE)公式,推导出机构在模型质心与机构旋转中心重合和不重合两种情况下的运动学正解公式,并给出不重合情况下不解耦姿态角的补偿量。激光跟踪仪标定试验证明该补偿方法具有可行性,从而为实现机构的轨迹规划及实时控制提供了理论基础。

光刻机微动台的运动解耦及位置控制研究

在分析了光刻机掩膜台微动台(简称微动台)结构的基础上,对微动台的六自由度运动进行了几何解耦,将其分解为两个三自由度上的解耦,并从实际系统的角度出发完成了解耦计算。最后针对微动音圈电机位置控制,提出了基于线性扩张状态观测器的增量式PID控制,并取得了良好的控制效果。

三维动画技术应用于6自由度并联机器人的运动解耦

如何在系统实时控制时间限制范围内精确、快速地实施解耦计算 ,是并联机器人实时控制中急待解决的一个关键问题。以往一般采用解析法 (先建立复杂的数学模型 ,然后计算机编程求解 ) ,但是这种解耦方法实际可行性较差。因此 ,寻求解耦新思路、新方法已成为并联机器人研究工作中急待解决的问题。这里就此问题 ,提出了利用三维动画技术进行运动解耦的新思路、新方法。该方法简捷方便 ,开发周期短 。

三自由度解耦液压自伺服关节运动特性分析

针对机器人关节中普遍存在的运动耦合、运动不够平稳、输出力矩小等问题,设计了一种径向配油的单叶片转角自伺服液压摆动缸,将其作为液压机器人关节的驱动机构,该液压摆动缸具有运动平稳、输出力矩大的优点,且其降低了液压机器人关节尺寸。通过ADAMS对三自由度解耦液压自伺服关节进行运动解耦性分析验证,然后利用MATLAB/Simulink仿真记录三自由度液压自伺服关节末端所能到达的空间轨迹,最终绘制出该三自由度液压关节的工作空间。仿真结果表明,该三自由度液压自伺服关节具有运动平稳、输出力矩大、运动解耦、工作空间大的特点。

应用运动解耦的三维动力平台的设计与研究

基于对X-Y移动工作台的工作能力扩展,提出运动解耦的三维动力平台的设计方案,讨论其运动形式和驱动控制方式,同时根据动力平台的具体工作要求对其空间结构、连接传动方式和密封方式等进行具体设计分析。

利用解耦光流运动场模型的双目视觉里程计位姿优化方法

针对地面移动测量系统(MMS)和无人驾驶车(AV)平台双目立体相机采集的图像序列进行实时载体位姿估计优化问题,提出利用光流运动场模型的载体位姿与图像光流矢量间关系,将光流矢量解耦为3个平移分量、3个旋转分量和一个深度分量,推导分析了解耦后单分量、组合分量误差对位姿估计的影响,利用仿真和真实数据试验,验证了不同模型下单分量、组合分量误差分离模型的有效性,并结合组合分量误差分离模型,提出了双目视觉里程计位姿估计的解耦光流运动场位姿优化算法。试验结果表明:该算法可在与初始估计几乎同等计算效率条件下,将载体横向平移平均误差由4.75%降低至2.2%,即横向平移误差平均降低了53.6%;将载体前向平移平均误差由2.2%降低至1.9%,即前向平移误差平均降低了15.4%,长时间运行累积误差率较低,能够满足低功耗高效率计算条件下的组合导航实时载体位姿估计需求。

考虑弹体动态性能补偿的BTT导弹运动学解耦设计

BTT导弹存在较强的运动学耦合,工程上直接引入角速率补偿的解耦结果并不理想。考虑到弹体动态性能对控制系统的影响,通过引入微分积分形式的解耦支路补偿弹体动态特性,对BTT导弹自动驾驶仪进行运动学解耦设计,并通过仿真算例验证了解耦设计的正确性,最后进行拉偏仿真对其鲁棒性进行评估,证明其有效性。

绳驱动式手术器械运动解耦设计与分析

针对目前手术机器人系统中钢丝绳驱动式手术器械末端关节的俯仰、偏摆和开合动作存在运动耦合的问题,本文提出了一种可实现运动解耦的三自由度钢丝绳驱动式手术器械。对常用的钢丝绳驱动式手术器械的末端关节运动耦合现象进行了分析;设计了对称式腕部机构,完成了钢丝绳在末端机构和驱动单元中的平行对称式绕线布局;建立了驱动末端执行器的钢丝绳受迫形变数学模型;最终确定了腕部机构主要参数尺寸,并进行了解耦验证。仿真结果表明:腕关节在0°~±90°内运动时,驱动同一末端执行器的一对钢丝绳的受迫形变量相同且非常小,进而证明本文提出的低耦合度机构与钢丝绳平行对称式绕线布局相结合的方法能够实现末端关节运动解耦,为手术器械高精度运动控制提供帮助。