三平移全柔性并联微动机器人机构静力学分析

对新型非对称三平移并联机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}普通的转动关节全柔性化,形成非对称全柔性三平移微动并联机器人机构。利用"伪刚体模型"法,以普通的转动副加上等效的双向扭转弹性元件替代每个柔弹性关节,形成全柔性并联机器人机构的伪刚体等效模型。采用与"摩擦圆理论"分析法相似的力分析方法,分析了全柔性并联机器人机构的静力学问题,发现机构虽然具有优良运动解耦性,但其静力学性能较差。

全柔性机构在并联微动机器人中的应用

柔性机构,特别是全柔性机构以其特殊的性能在微位移、微操作、微装配等领域得到广泛应用。通过对柔性机构的特点、全柔性微动机器人与普通平面机构、平面并联机构、空间并联机构结合的例子等的介绍,对柔性机构,特别是全柔性机构在微动并联机器人领域的国内外发展现状作了较全面的介绍。指出了目前存在的若干主要问题。

平面全柔性3-DOF过驱动并联机构的最优综合

以设计全柔性多自由度过驱动并联机构为目标,研究了平面3-DOF 4RRR过驱动并联机构的最优综合问题.从一般四分支3-DOF平面并联机构出发,建立了机构的运动学模型;给出了机构的4种可能拓扑结构分类,对不同拓扑结构类型机构的运动学和力学性能进行了分析比较.建立了并联机构全工作空间操作性改善优化模型,采用遗传算法进行优化设计并给出了实例,根据优化实例的结果设计制造了平面全柔性三自由度过驱动并联机构.以上方法对其它全柔性并联机构的优化设计具有参考价值.

3-RPRR类平面全柔性并联机构拓扑优化设计

针对全柔性并联机构的构型设计不能满足精密定位和微纳制造领域的需求,为提高全柔性并联机构的整体刚度、抗振性和抗干扰性,基于3-RPRR并联机构原型,采用型综合法,设计出与并联机构原型空间运动特性一致的3-RPRR类平面全柔性机构及其支链.运用拓扑优化的方法,得到铰链最优配置的3-RPRR类平面全柔性并联机构及其支链.采用Hyperworks/Radioss软件分别对这2种3-RPRR类平面全柔性并联机构进行静力学及模态分析,仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,优化后的3-RPRR类平面全柔性并联机构不仅节省材料,而且在刚度、抗振性和抗干扰性方面更优.

三平移全柔性并联机构多目标拓扑优化设计

为满足精密定位和微纳制造领域对全柔性并联机构构型设计的需求,基于三平移并联机构原型,采用多目标拓扑优化理论,得到了一种结构配置较佳的新型全柔性并联机构。首先,基于单目标的柔度优化模型和固有频率优化模型,运用线性加权法建立了机构的多目标拓扑优化模型。然后,基于HyperWorks/OptiStruct软件和优化准则算法对机构进行拓扑优化设计,得到了拓扑优化后的新型全柔性并联机构。最后,通过HyperMesh软件对拓扑优化前后的机构进行静力学分析和模态分析,从而验证了多目标拓扑优化设计的有效性。

空间四自由度柔顺并联机构设计与仿真

设计了一种由压电陶瓷驱动的整体式空间四自由度柔顺并联定位平台,使用柔性铰链代替传统的运动副,消除了传统机构铰链配合的摩擦与间隙。建立了空间四自由度定位平台的运动学模型,使用三维建模软件建立几何模型。通过计算得到解析结果,并对空间四自由度柔顺并联定位平台进行有限元分析,得到其位移特性。比较理论计算和有限元仿真结果,得出误差在允许范围内,验证了设计的定位平台的可行性。

基于拓扑优化的3-RPRR类平面全柔性并联机构构型优选

全柔性并联机构的构型参数是影响其刚度和定位精度的重要性能指数。基于同构型全柔性并联原型机构,以几何约束为条件,设计出了3-RPRR类平面全柔性支链。基于构型优选的思想进行拓扑优化,设计出另一结构形式的类平面全柔性支链,进而分别对两种不同支链组成形式的3-RPRR类平面全柔性并联机构进行静力学及模态分析。仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,方案二全柔性支链构成的3-RPRR类平面全柔性并联机构不仅节省材料,且在刚度和抗振性上更优。

基于拓扑优化的3-PRPR全柔性并联机构设计及分析

全柔性并联机构具有分辨率高、运动灵活、动态特性好等优点,但其构型设计往往不能满足微定位和精密加工制造领域的需求。基于并联机构原型,以几何约束为条件,设计出与并联机构原型空间运动特性一致的3-PRPR全柔性并联机构。利用Hyperworks软件行拓扑优化,设计出优化后的3-PRPR全柔性并联机构。分别对这两种3-PRPR全柔性并联机构进行有限元及模态分析,仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,优化后的3-PRPR全柔性并联机构不仅节省材料,而且在刚度和抗振性方面更优于优化前的机构。

平面全柔性并联机构柔性铰链的优化分析

以减小全柔性并联机构中最大应力为目标,通过约束优化算法,并结合ANSYS仿真,研究了3-DOF 4 RRR过驱动并联机构中柔性铰链的优化问题.通过ANSYS建立了全柔性机构的有限元模型,并进行了力学性能分析,给出了机构的性能图谱;建立了全柔性机构中柔性铰链的参数优化模型,采用MATLAB对柔性铰链的最小铰链厚度t和铰链半径R进行优化,并通过ANSYS仿真对优化结果进行检验.检验结果证明,当输出位移一定时,对柔性铰链进行优化后的机构的最大应力比优化前的机构小.

空间三平移全柔性并联机构构型设计

针对全柔性并联机构的柔性铰链存在蠕变、回程反力和应力松弛的缺陷,基于空间三自由度并联机构的设计原型,设计了两种不同结构形式的全柔性并联机构。首先,基于"铰链替换法"设计出了一种全柔性并联机构;然后,基于"型综合法"和拓扑优化理论设计了一种集成式全柔性并联机构;最后,建立机构的静刚度分析和频域分析模型,分别对机构进行仿真分析和实验研究。结果表明,相对于第一种方案的全柔性并联机构,集成式全柔性并联机构具有更高的运动精度、更优的刚度特性和更佳的抗振性,验证了集成式全柔性并联机构拓扑优化设计方法的有效性。

三平移全柔性微动机器人机构的位置运动分析

研究了新型全柔性微动三平移并联机器人机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}的运动学特性,首先求解机构的位置正解方程,并对该并联机构的运动学解耦特性进行分析,发现该三平移机构为近似完全解耦;求解出该机构的位置反解方程及中间变量的表达式;利用ADAMS软件对该机构的位置正解特性进行了仿真模拟,验证了理论推导的正确性。

全柔性并联机器人支链静刚度矩阵的建立

设计了一种新型非对称全柔性3-RRRP平移微动并联机器人机构。在柔性铰链静刚度矩阵及柔性移动副静刚度矩阵的基础上,先建立该微动机器人机构单个支链的一般模型,利用坐标矩阵变换(D-H矩阵变换)的方法,推导出一般支链静刚度矩阵求解的理论过程,进而求得该支链端部的静刚度矩阵。最后,通过理论计算一简单模型,并用ANSYS对理论计算结果进行模拟。模拟结果显示,理论计算的静刚度矩阵与模拟结果很相近,说明一般支链静刚度矩阵理论推导过程具有一定的准确性。

全柔性机器人机构的结构构型研究

本文对全柔性机器人机构的结构构型问题进行了系统的讨论 :首先从应用层面上对全柔性机器人机构进行了分类 ,着重讨论了并联机构与全柔性机器人机构之间存在的有机联系 .通过对并联机构的结构及柔性铰链的几何模型进行系统的总结 ,为全柔性机器人机构“型”的选择与构筑提供了丰富的素材 .此外 ,还重点讨论了对全柔性机器人机构的性能产生较为显著影响的结构布局问题 .

基于影响系数的新型全柔性微动并联机器人运动特性分析

研究了新型全柔性微动三平移并联机器人机构{R//R//R//P(4R)}//{R//R//P(4R)//R}⊥{R//R//R//P(4R)}的运动学特性,并进行了模拟仿真验证。首先求解机构的位置正解方程,并对该并联机构的运动学解耦特性进行分析,发现该三平移机构为近似完全解耦的机构;然后利用基于影响系数的方法,比较容易地推导出了该机构的速度、加速度的准确表达式,避免了繁琐的正解方程的求导微分;最后利用ADAMS软件、MATLAB软件对机构的运动学特性进行了仿真模拟与理论计算,验证了理论推导的正确性。

2RPU-2SPS全柔顺并联机构构型设计及刚度的研究

2RPU-2SPS型并联机构由RPU支链和SPS支链组成的非对称结构,具有2转动2平移运动特性的并联机构.文中基于2RPU-2SPS并联机构的运动特性,采用替换法设计出与之对应的柔性并联机构.应用ANSYS软件建立2RPU-2SPS型柔性并联机构、全柔顺并联机构的支链模型,并对全柔顺并联机构的支链进行拓扑优化,进而设计出具有全柔顺特性的新型的2RPU-2SPS型空间全柔顺并联机构.实验仿真对比结果表明:全柔顺支链在整体刚度性能方面优于柔性并联机构支链,该设计方法为全柔顺并联机构整体设计提供了理论依据.

基于并联机构的可重构柔性夹具研究

本文对数字化柔性装配领域中的重点问题——可重构柔性夹具设计进行研究,分别就夹具定位和夹具验证两方面的关键技术进行阐述。并针对实际需求,提出一套基于并联机构的可重构柔性夹具设计的实施技术方案,该设计方案具有模块化、智能化、通用化等特点。

一种高精度大行程2R1T并联定位平台

为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。

面向芯片封装的新型高速高精度平面定位机构研究

面向芯片封装领域对高速高精度平台的需求,提出一种新型平面并联定位机构。基于复数向量表示法,建立了机构的运动学模型;结合固定界面子结构模态综合法与有限单元法,考虑连杆柔性和关节柔性,对机构建立了弹性动力学模型;通过仿真与实验的对比分析,验证了这种动力学分析方法的有效性。

3-RPC定位机构结构设计

集成式全柔性并联定位机构具有无摩擦和高稳定性的优点,但其结构设计相对复杂,定位精度低,在一些超精密定位领域无法达到定位要求。基于同构性的集成式全柔性并联定位机构,引入拓扑优化设计理论,设计出与同构性集成式全柔性并联定位机构运动特性一致的3-RPC型全柔顺并联定位机构。首先,以3-RPC并联定位机构为研究对象,通过微位移法求解出其输入输出间的映射关系。然后,建立3-RPC集成式全柔性并联定位机构和3-RPC全柔顺并联定位机构三维模型。最后,通过有限元软件对两种定位机构进行静、动力学分析。结果表明:3-RPC全柔顺并联定位机构在定位精度和抗振性均优于同构性的集成式全柔性并联定位机构。

飞机装配中柔性工装定位单元位姿的实时获取方法

在某些飞机部件装配过程中,柔性工装定位单元(简称工装单元)是由一个并联机构组成的,并联机构动平台的位姿决定了飞机部件的位姿,因此实时得到工装单元的动平台位姿的目的是实时计算其各个机构杆长与目标的差距,指导工装单元快速调整到装配所需的目标位姿,从而使飞机部件达到目标位姿。提出了一种通过激光跟踪仪与跟踪仪的STS六维传感器配件(简称6D设备)配合,实时获取工装单元动平台位姿的方法。对工装单元与6D设备配合工作的原理进行研究,通过软件接口获得6D设备的位姿,通过数学计算得到6D设备的位姿矩阵和工装单元动平台位姿矩阵。设计了试验方案并通过试验验证了算法的正确性。