基于3-RPS机构的少输入多输出车载稳定平台设计与分析

本文面向并联式车载稳定平台应用需求,提出了一种少输入多输出的并联机器人设计方法。首先绍了一种3-RPS并联机构,建立了机构的运动学模型;其次,根据3-RPS并联机构运动学特征,进行了基于动平台驱动的运动分支设计,综合出了PPP-n(RRR-3-RPS)、PPP-n(RU-3-RPS)和PPP-n(S-3-RPS)等少输入多输出型并联机器人;最后,以3-PRRR-n(S-3-RRS)并联机构为例,建立了其移动副与3-PRS机构动平台运动参数之间的映射关系,从而验证了分析方法的有效性。

大口径天线3-RPS驱动机构结构优化设计与分析

采用并联机构替换现有的方位-俯仰式串联机构作为反射面天线的驱动机构可以满足其位姿调整的功能,并有效改善反射面天线整体结构的轻量化效果。目前少有将并联机构应用于大口径天线的分析与实际工程应用案例,故需要对承受较大载荷的并联机构展开力学分析并对其结构进行优化,从而使其满足承载与运动精度的要求。针对3-RPS并联机构承受较大载荷时支链的结构方案展开优化设计并进行有限元仿真分析。首先,对3-RPS并联机构展开静力学分析,得到在动平台承受一定载荷的情况下机构各个支链的受力特性;其次,在给定机构基本尺寸参数及活动范围要求下,对3-RPS并联机构支链的结构方案进行设计,针对并联机构支链弯曲变形较为严重的情况提出了并联液压缸的结构方案;最后,对并联液压缸结构方案进行了优化以及稳定性分析。结果表明,优化后的并联液压缸方案各项性能指标均优于原有方案,且满足稳定性安全性要求,为实际的工程应用提供参考。

工程车辆3-RPS座椅悬架半主动滑模控制

工程车辆处于恶劣的工作环境中,垂向单维度的被动减振无法满足实际需求。为解决该问题,依据可实现三维减振的3-RPS并联机构座椅悬架,提出一种新型三维控制策略。基于“座椅-人体”三维振动数学模型,设计一种新的三维天棚控制模型,作为滑模控制的参考对象。设计滑模控制器,并根据Lyapunov稳定判据,对控制系统的稳定性进行分析判断。利用Simulink软件建立座椅-人体受振模型,对处于E、F、G级3种路面环境中,分别采用滑模控制以及被动控制模式的座椅的减振效果进行仿真对比分析。结果表明,相较于被动控制的座椅悬架,采用三维滑模控制的座椅悬架在垂直方向上的加速度下降率在38.88%至57.06%之间;俯仰方向上的角加速度的下降率在36.00%至54.89%之间;侧倾方向上的角加速度的下降率在49.58%至59.97%之间。且可有效降低垂直方向上的加速度峰值,对于冲击载荷减振性能良好。研究成果可为半主动多维减振座椅悬架控制策略的研究提供一定参考。

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型。采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解。利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿。通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性。

飞机装配中基于3-RPS的并联机构法向调整算法

在飞机壁板柔性装配和钻铆时,采用典型的3-RPS并联机构进行自动调姿,该机构的末端执行器要求钻铆头沿孔位处的蒙皮法向进给。为了解决该法向调整问题,先对3-RPS并联机构动平台位姿进行建模描述,再在此基础上提出法向调整的求解算法。结合实例说明了该算法完全具有实际工程应用能力,且该法向调整算法还可以推广应用于定位、调姿等飞机数字化制造及装配工作中。

3-RPS并联机构运动与静力特性分析

对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。

一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析

基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间(即偏转能力),研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响。

3-RPS并联机构的主动力和约束力分析

对3-RPS并联机构进行了动力分析。首先,通过列出所有构件的力和力矩平衡方程确定驱动力和平台受到的约束反力,即3-RPS机构的球副反力。当主动力和球副反力得到,其它约束力就迎刃而解。本文给出了2个数值算例,求出了主动力和全部运动副的约束反力。并通过此例讨论这种方法的优缺点和将来的发展。

基于MATLAB的3-RPS并联机构控制系统仿真

针对传统螺旋法求解并联机构Jacobian矩阵的缺陷,提出了一种基于并联机构微运动分析的微位移法.该微位移法在求解过程中可避免求解超越方程组的难题,且得到的Jacobian矩阵为非奇异方阵.同时,针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC).首先,建立机构的MATLAB/SimMechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵,为控制系统提供理论参考输入值.其次,设计SMC控制器,运用Lyapunov函数证明控制器的稳定性;最后,分别建立机构PID控制和SMC控制系统的MATLAB/Simulink框图,对其进行仿真分析与对比.结果表明:SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性.

3-RPS型并联机构运动正解的研究

并联机构运动学正解是一个位置和姿态耦合的复杂非线性问题,一般难以求得封闭形式的解析解.应用解析法对3-RPS型并联机构进行运动学正解问题进行了求解,并给出正解方程通式以及各项系数值,得到封闭形式的解析解.并给出具体数值实例进行求解,得出全部位置解,同时给出部分机构空间图形验证了解法可靠性.

基于联合仿真的空间3-RPS并联机构运动求解

在分析空间3-RPS并联机构结构的基础上,得到该机构运动求解的方法指导和位姿逆解方程。对于并联机构运动正解复杂的特点,利用MATLAB软件、Pro/E软件和ADAMS软件对其运动进行联合仿真求解。用Pro/E软件对机构进行实体建模,利用数据转化接口将模型导入ADAMS软件对其进行编辑定义。给定机构运动输出位置,根据位姿逆解方程,用MATLAB编程计算得到关节转动副逆解曲线与输出姿态角曲线,应用ADAMS函数处理功能将转动副转角曲线转化为机构的驱动函数,添加在3个转动副关节上,得到机构运动正解。机构正逆姿态角求解曲线的吻合,证明了该方法的可靠性和正确性,其求解过程简便,运动学性能直观,为虚拟样机技术提供了可借鉴的方法。

变结构参数下3-RPS并联机构性能分析

以典型3-RPS并联机构为研究对象,分析结构参数变化时机构的性能改变情况。基于运动学分析,推导机构雅克比矩阵;并以雅克比矩阵的条件数、最小奇异值作为机构性能衡量指标;选取两组变化结构参数,并结合MATLAB计算机构在绕X、Y轴±30°空间内雅克比矩阵的条件数、奇异值分布情况,绘制了机构性能指标三维网阵面以及奇异值分布情况。结果表明:该机构球面副圆周半径与转动副圆周半径之比越小机构性能越优,动平台初始高度与转动副圆周之比越大机构性能越差,两个参数的增加将使机构各向同性越差。研究结果为3-RPS并联机构结构设计和优化提供了理论依据。

3-RPS并联稳定平台机构设计及运动学仿真分析

目的:为解决越野救护车和医院船在医疗运输过程中受外界环境干扰的问题,设计3-RPS并联稳定平台,并进行验证。方法:采用修正的G-K公式对3-RPS机构进行自由度分析,根据闭环矢量法对3-RPS机构进行位置和速度分析。通过蒙特卡罗法分析所设计的3-RPS并联稳定平台的机构参数对应的工作空间。在Simulink/Multibody中建立3-RPS并联稳定平台的简化物理模型,对物理模型及其运动学建模进行仿真验证。结果:3-RPS并联稳定平台单自由度转角能达到20°以上,垂直位移能达到70 mm;仿真分析表明,运动过程中电动缸位移曲线连续平稳,没有突变。结论:3-RPS并联稳定平台参数设计合理,可满足工作需要,为该机构的实际应用提供了参考。

一种基于3-RPS并联机构的六自由度并串混联机器人的机构设计

分析了并、串联机器人各自的优缺点,基于二者的"对偶互补"关系,提出了一种基于3-RPS并联机构的六自由度并串混联机器人的构建方案。对机器人组成零部件进行了三维机构设计与装配,分析了该机器人理论上相对串联关节式机器人的优势,阐述了该机器人的应用前景,并在软件环境下构建了物料搬运,机器人焊接等作业场景,并进行了运动仿真。

3-RPS并联机构几何误差映射分析

为了提高六轴混机床的运动精度,以其3-RPS并联机构为研究结构模型,分析了影响机构可达空间的几何误差源,建立了位姿误差模型。在ADAMS虚拟样机建模环境中,构建了包含全部几何误差参数的机构运动学模型,仿真了主要几何误差参数对终端运动精度的影响规律。根据仿真结果,对并联机构所有的几何误差从误差源到工作空间的映射关系进行了分析和评价。

基于混合遗传算法的3-RPS并联机构正解

针对传统的迭代求解方法因初值设置不当而引起的求解失败以及求解速度慢等问题,提出了一种新型的混合遗传算法求解并联机构运动学正解。混合遗传算法利用遗传算法高效的全局搜索能力及起始搜索速度快的特点,能够快速得到接近精确解的较优解,然后将其作为拟牛顿法迭代的初值,利用其局部搜索能力非常好的特点,快速收敛到精确解。通过算例结果对比表明,此方法容易实现、通用性强、精度高、收敛性好、求解速度快,解决3-RPS并联机构的正解问题是可行的。

联合仿真技术在3-RPS并联机构中的实践研究

这里采用机械与控制联合仿真的方法,在ADAMS中创建3-RPS并联机构的动力学模型,并在SIMULINK中建立3-RPS并联机构的控制模型;利用ADAMS/controls模块构成机构联合仿真模型,进行了联合仿真分析。最后通过联合仿真方法对3-RPS并联机构进行了精度分析,提出了提高3-RPS并联机构运行精度的措施。

基于3-RPS并联机构的越野救护车车载平衡装置运动学分析

目的:针对某轻型越野救护车车载医疗物资和仪器设备在运输过程中受到外界环境激励的问题,以3-RPS少自由度并联机构作为平衡装置,对装置进行运动学分析。方法:通过欧拉角数值法求平衡装置的位置反解,运用矢量构造法构建动平台位姿参数与驱动杆输入之间映射关系的雅可比矩阵,以雅可比矩阵为基础分析装置的灵巧度和奇异性。结果:随着平台高度增加,3-RPS并联机构灵巧度逐步提高;且雅可比矩阵条件数在±5°旋转范围内较为稳定,在条件边界附近变化剧烈,灵巧度波动较大。雅可比矩阵的行列取不到0或者无穷大的值,可以认为在较小的运动范围内,机构几乎不会处于奇异位置,装置运行安全可靠。结论:3-RPS并联机构在Z轴方向上的移动和绕X、Y轴的转动有良好的输出能力,在一定空间内具有较高的灵巧度,且奇异性非常低。该研究可为后续隔振平衡的控制研究提供理论基础。

基于3-RPS并联机构的电动汽车大功率充电弓研究

充电弓是纯电动汽车快速大功率充电的核心设备之一,目前研制的充电弓主要是针对平坦路面且电动汽车停车姿态较好的情况,为解决地面不平、坡度对充电效果的影响,提出一种基于3-RPS并联机构的自调平大功率充电弓。介绍了大功率自调平充电弓系统结构特性,对基于3-RPS并联机构充电弓进行了自由度和运动学分析,并对电动汽车的不同停车位姿状态充电弓各支链相应的运动状态进行了仿真分析。分析结果表明,所述充电弓在多种停车状态下,均能实现相应的姿态自调整,提高了电动汽车大功率充电的效率。

基于3-RPS型并联机器人模糊PID控制研究

基于SolidWorks和MATlAb软件关联接口技术,将3-RPS型并联机器人的SolidWorks三维模型转换为SimMechanics机构仿真分析模型;并分别进行传统PID和模糊PID控制系统设计,通过系统仿真实验与对比。得出模糊PID控制在并联机器人控制精度方面优于传统PID控制,且系统稳定性良好。