3-DOF平面并联机器人的类型分析与运动学

根据3-DOF平面并联机器人过渡关节为转动关节或移动关节,推知其过渡(关节)变量为转动变量或移动变量,将其分为两种类型,即过渡变量为转动变量的第一类和过渡变量为移动变量的第二类平面并联机器人。并导出了各类型具有的标准运动学模型及其解的结构。类型一的运动学正解为一元六次方程,最多有六组解;类型二的为一元二次方程,最多有两组解。反解运动学模型为一元二次方程或有惟一解。

平面3-RRR柔性并联机器人残余振动主动控制

对平面3-RRR柔性并联机器人残余振动主动控制问题进行了研究。基于有限元法和拉格朗日方程,建立了带压电陶瓷制动器和传感器的智能梁单元的运动方程。考虑刚体运动和弹性变形运动的约束关系,通过组装,形成了3-RRR柔性并联机器人系统的运动学方程,基于模态理论把物理空间下描述的高阶运动方程变换到模态空间下的低阶模态方程。根据导出的低阶模态方程,设计了应变速度反馈控制器和最优状态反馈控制器,数值仿真结果表明:两种控制器都能有效地抑制系统的残余振动。同时,相对于应变速度反馈控制,最优状态反馈控制能以更低的控制输入电压取得更好的控制效果。

平面3-■RR刚柔耦合并联机器人逆动力学研究

以平面3-RRR刚柔耦合并联机器人为研究对象,研究了其逆动力学模型和数值迭代求解算法。以绝对节点坐标法描述并联机器人中的柔性梁单元,并以自然坐标法描述其他刚性构件,基于拉格朗日原理构建了刚柔耦合系统的逆动力学模型。采用了缩减积分的方法来分割应变能以规避泊松闭锁问题,应用不变矩阵来提高求解运算速度。以S-型加减速圆周轨迹为算例,结合generalized-Alpha法与牛顿迭代法来求解并联机器人的逆动力学模型。试验迭代结果满足设定精度要求,所求柔性梁中点处最大横向变形为4.701 mm,其剪切角的变化规律具有对称性,驱动关节角速度与理想刚性模型相比变化明显,驱动关节变量的变化规律比较平滑,由此验证了建模方法、求解算法的正确性和使用S-型加减速的必要性,对将来控制具有重要的理论意义。

3-DOF并联机器人奇异位形分析

通过对3-DOF并联机器人机构的分析,采用UG建立其三维模型;采用空间闭环向量法建立运动学反解方程,得到其全部解;通过MATLAB软件对机器人运动学进行数值仿真,以验证位置反解的正确性.采用求导法求出了雅克比矩阵,在此基础上对奇异位形进行分析.

3自由度并联机器人运动学及轨迹规划研究

论述了3自由度平面并联机器人的6种基本结构类型:RRR、PRR、RPR-Ⅰ、RPR-Ⅱ、RRP和PRP,以及其运动学求解的共性和个性问题.以RPR-Ⅱ型并联机器人为例采用MATLAB6.1完成了其轨迹规划器的设计,实现了系统中任何构件在运动过程的位移、速度、加速度到关节力、驱动力的图线输出,并提出了采用直线加抛物线过渡仍可满足给定起始点和目标点速度要求的轨迹规划方法.

平面3-DOF并联手指的计算机控制系统总体设计

针对平面3-DOF并联手指机构的任务要求,对并联机器人分布式计算机控制系统的结构进行了分析,提出了平面3-DOF并联手指的分布式计算机控制系统方案。

基于ADAMS的并联机器人参数化设计及仿真

基于ADAMS软件在多刚(柔)体系统分析中的应用,将ADAMS软件应用于平面3-RRR并联机器人的参数化设计与仿真.根据工况的实际要求,通过创建设计点,建立机器人参数化模型,以最小驱动转角为优化目标,利用ADAMS软件对并联机器人的杆长进行参数化设计.通过仿真,得出各杆件参数的变化对主动杆转角的影响灵敏度,通过对影响灵敏度较大的参数进行筛选、修改,以较快的速度,以较少的工作量达到设计目标要求.

平面3-RRR并联机构的自激振动实验研究

从平面3-RRR并联机构的位形和关节驱动两方面,研究了位形的奇异性和驱动电机的伺服增益对机器人自激振动现象的影响.首先建立了平面3-RRR并联机构的运动约束方程,求导得到速度约束方程和加速度约束方程,给出位置、速度、加速度的正、逆解,利用速度雅可比矩阵分析奇异特性;然后搭建了实验系统,分析驱动电机的控制原理,分别测试在奇异位形和非奇异位形的自激振动,通过传感器测试驱动关节的位移、速度和加速度,并进行正解得到动平台的位置和加速度,正解得到的加速度与动平台实测加速度吻合较好;最后通过调整驱动电机的伺服增益避免了非奇异位形处的自激振动.

平面3RRR并联机构的运动性能分析

本文改进了我们过去给出的角加速度和线加速度的性能指标 ,并且利用给出的新的角加速度和线加速度指标 ,对平面3RRR并联机器人机构的运动学性能进行了分析。

基于dSPACE的高速高精度并联机器人控制系统设计

并联机器人已被广泛应用于高速运动和高精度定位场合,其控制系统设计也需要根据高速或高精度的应用需要进行针对性设计,以更好发挥机器人的性能。本文基于dSPACE的快速原型技术,设计并构建了平面3-RRR并联机器人的控制系统。针对高速运动、精密定位两种使用目的,设计了三种Simulink控制模型,解决了机器人在位置控制模式与力矩控制模式的驱动问题。试验中一方面完成了机器人的轨迹跟踪,另一方面测量了运动学标定前后定位误差分布,验证了该控制系统应用于高速、高精度控制的可行性。

求解并联机器人加工自由曲面的实时速度/加速度

提出一种新的计算机辅助变量几何法,用于实时求解一个3自由度3-UPRR并联机器人在模拟加工一个3D自由曲面过程中,各个驱动杆以及末端运动平台的速度/加速度解。首先,基于计算机辅助变量几何法建立3-UPRR并联机器人的模拟机构,并在此基础上建立用于加工任意3D自由曲面的模拟加工系统;其次,基于同一个固定平台构造其速度模拟机构以及加速度模拟机构;最后,求解出在加工3D自由曲面过程中实时的速度和加速度。经解析验证,模拟得到的结果完全正确。计算机辅助变量几何法不仅简单直观,而且省去了复杂编程的过程。

3-DOF并联机器人运动学建模与实验验证

对3-DOF并联机器人进行物理模型简化并建立运动学数学模型,以此模型为基础研究机器人位置控制系统并开发实验平台的软件控制系统。搭建了由机械、电气和软件三大系统组成的实验平台,进行实验并将实验数据与理想数据对比分析。分别用角度仿真法和坐标规划法,验证了实验平台运动学模型正确性。