3-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人.

3-RPS并联机器人运动可靠性仿真研究

利用ADAMS 12.0建立多体系统仿真模型:首先在ADAMS/View模块下建立参数化的虚拟样机模型。利用ADAMS软件提供的Point Motion、Measure和Spline等功能,获得机器人位姿正反解。考虑杆长误差和球副位置误差服从正态分布的情况下,利用随机抽样获得不同模型的实现,通过仿真得到机器人末端执行器的多组运动轨迹,并用文本文件记录相应的数据结果。最后由统计计算得出任意时刻的机器人运动可靠度。该方法不涉及复杂的数学推导,计算精度高,求解周期短,为设计人员提供了一定的参考,适合于工程应用。

基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。

3-RPS并联机器人位置分析及控制仿真

应用坐标变换法和封闭解法,基于3-RPS并联机器人位置分析,采用Matlab建立3-RPS型并联机器人仿真模型,给定不同状态下的参考输入,通过合理设置PID控制器各项参数进行运动学仿真比较.仿真结果表明:在不同的参考输入的条件下,动平台的位置变化几乎相同,实现了PID控制调平作用,驱动杆实际输出与参考值的偏差在允许范围内波动,控制效果明显,为研究基于并联机器人自动调平提供参考.

一类3-RPS并联机器人构型正解新法

从机器人运动单元和机器人末端运动特征出发,给出了并联机器人的构型正解新方法。采用该方法求解了RPS支链所具有的末端运动特征表达式,分析了三种具有不同支链布置形式的3-RPS并联机器人的末端运动特征求解问题。对相应的运算结果进行了对比分析,得到了一些有益的结论。

3-RPS并联机器人动力学分析及控制

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。

基于螺旋理论的3-RPS型并联机器人运动学分析

3-RPS型并联机构具有三个结构对称的支链形式,各支链由一个转动副连接机座、一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论及空间机构构型原理,通过约束形式分析得出该类型并联机器人运动性质,采用矢量分析方法对其运动学正解/反解进行求解,得出该并联机构运动学方程。基于对称非齐次性少自由度并联机构Jacobine矩阵,进一步对该类型并联机器人结构奇异性进行分析与总结。

3-RPS并联机器人粘性摩擦工况动力学建模

以转动副轴线平行布置的3-RPS并联机器人为研究对象,提出一种基于拉格朗日算子修正的动力学建模方法。首先,采用矢量法建立系统运动学模型,基于拉格朗日方程法建立系统理想动力学模型。然后,将关节摩擦视为系统非保守力,基于"库伦+粘性"摩擦模型对关节摩擦所做的功精确量化处理。最后以摩擦所做负功的形式对拉格朗日算子进行修正,建立考虑全部关节摩擦的系统动力学模型。同时对所建立的考虑关节摩擦和忽略关节摩擦的动力学模型进行了仿真对比,结果表明,在一个仿真周期内,移动副1、2、3驱动力的相对误差分别为18.1%、12.6%、16.5%,试验结果为机器人控制系统的摩擦补偿提供了理论依据。

基于模糊PID对3-RPS并联机器人轨迹跟踪控制

并联机器人因具有刚度大、承载能力强、精度高等优点,被广泛应用于各个领域,但由于它是一个多输入多输出系统,存在严重的非线性性,因此对其进行控制研究显得尤为重要.通过设定3-RPS型并联机器人动平台的期望参考值,根据逆运动学,基于Matlab SimMechanics软件建模仿真求得各支路驱动副的期望位移.设计PID控制器、模糊PID控制器,对3-RPS型并联机器人进行轨迹跟踪控制仿真对比分析,结果表明:采用模糊PID控制可有效降低轨迹跟踪误差,提高系统的控制精度和稳定性.

3-RPS并联机器人动力学分析及模糊控制仿真

为研究并联机器人驱动位移轨迹跟踪控制精度,更好地对机构进行有效的实时控制,以3-RPS并联机器人的动平台以及各支链为研究对象进行了动力学分析.应用牛顿-欧拉方法,分析了该并联机器人三支链对动平台的驱动力、约束力矩以及动平台对三支链的作用力,构建了动力学方程.基于Matlab仿真软件,采用液压伺服驱动方式及模糊控制算法,构建模糊控制仿真模型进行了仿真分析.仿真结果证明了牛顿-欧拉方法对3-RPS并联机器人动力学分析的正确性及模糊控制方法的有效性,为进一步利用Matlab对3-RPS并联机器人轨迹跟踪控制研究提供了一定的理论基础.

3-D Animation as Applied to the Solving of Coupling Relations in the 6-DOF Parallel Robot

How to solve the coupling relations in a 6 - DOF parallel robot quickly and accurately within the limits of realtime control is a critical problem. In traditional analytic method, the complicated mathemtical model must first be constructed and then solved by programming.Obviously, this method is not very practical. This paper,therefore, proposes a new way of approach with a new method using 3- D animation for the solving of coupling relations in the 6 - DOF parallel robot. This method is much simpler and its solving accuracy approaches that of the more complicated analytic method.

2(3-RPS)并串机器人运动构型的位置正解分析

并串机器人运动构型相对单并联机器人机构,具有工作空间大,偏转能力好等优点,具有广阔的应用前景。提出了一种针对2(3-RPS)并串机器人运动构型位置正解的解析算法。首先,基于该并串运动构型的结构特点,给出了3-RPS并联机构上平台各球铰的位置坐标,再根据每一个并联机构动平台的边长为定值列出1组方程,通过迭代变换,得到只含1个未知数的16次方程,确定该并串构型的结构参数后,能够精确得出所有的位置正解。最后,给出了数值算例,得到了在具体结构参数下的32组位置正解。

基于少自由度并联机构的混联机器人设计

并联机构具有精度高,刚性好、承载能力强等优点,其性能与串联构型机器人构成了“对偶互补关系”,混联机器人就是在此关系下诞生的一种新构型。以少自由度的3-RPS并联机构和HANA并联机构为模块,设计出两种第二类混联机器人的构型原理方案,并在此指导下,对混联机器人展开详细的结构设计,进而在虚拟环境下构建合适的工程应用场景进行运动仿真。运动仿真验证了设计的合理性及潜在的工程应用价值。