3-RRCR并联机构运动分析与仿真

针对一种复杂的3-RRCR空间并联机构,用约束螺旋求解法分析了该机构的自由度,并对机构各分支以及动平台的运动进行了分析。在此基础上,用UG构建了该机构虚拟样机并进行运动仿真,验证了螺旋理论运动分析结果的正确性,为将来原型样机设计、控制等研究工作提供了相关的参考依据。

3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在(0.1~0.2)mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。

3-PUU并联机构运动副间隙耦合误差特性分析

并联机构运动副间隙直接影响机构的运动精度,导致末端输出特性产生差异。为了探究并联机构运动副耦合特性对末端输出精度的影响,以3-PUU并联机构为研究对象,设置运动副间隙误差为0.05、0.1、0.15、0.2 mm,利用单开链-局部指数积公式法对其进行耦合误差建模,从理论上推导运动副耦合特性与末端输出精度之间的关系,采用MATLAB对运动副耦合误差进行仿真分析,并制作样机进行试验。结果表明:当并联机构不同支链运动副存在误差时,机构末端沿x轴位置偏差随机构运动时间和关节间隙误差的增大呈现波动且伴随拐点和曲线分离;y轴位置偏差波动较大,在运动中轨迹拐点、折点和分离点相继出现,运动不平稳且超出运动空间,当并联机构双支链运动副误差为0.2 mm时,超工作空间达到-5.31 mm;机构末端沿z轴的位置偏差随着运动时间和关节间隙的增大呈现轨迹相互交错,与仿真分析一致。

3-PCR并联机构的振动响应特性分析

当车辆运行路况恶劣,驾驶员不仅要承受振动的影响,还要承受严重的瞬时冲击力。为避开人体水平、横向及垂直方向上的敏感频率带,以及降低振动强度。首先,因减振装置的动力学模型为多自由度、多参数耦合且非线性复杂系统,利用矩阵变换法解耦,对有阻尼系统进行模态分析;然后,对三维减振装置进行振动响应分析,在动平台X、Y、Z方向上分别施加瞬时冲击力对系统进行仿真分析。仿真结果表明:该减振平台具有良好的减振效果,由于3-PCR并联机构三条支链相互耦合的原因,低频振动会维持一段时间然后再趋于稳定。

基于牛顿欧拉法的3-RPS并联机构逆动力学分析

以3-RPS机构为例,研究了对称少自由度并联机构的逆动力学问题。因其自由度数目小于6,该类机构的支链不仅传递驱动力,同时还需为动平台提供约束。然而,现有文献大多未对广义约束力给予足够的重视。采用牛顿欧拉法建立了3-RPS机构的刚体动力学方程,给定动平台的运动规律及外载荷后,可一并求解机构所需的驱动力与约束力矩。算例仿真表明,与动平台自由速度方向不一致的外载荷主要需由约束力矩平衡。因此,在对称少自由度并联机构动力学设计中,必须计入广义约束力的影响。

3SPR并联机构运动学分析"

针对一种3-SPR并联平台机构,依据机构的数学模型建立了机构的位置逆解模型,在此基础上推导出各支链的速度映射模型,通过算例和运动学仿真软件CosmosMotion的仿真结果对比分析验证了该速度模型正确有效,并通过利用SolidWorks软件进行虚拟机构的建模,对其工作空间进行仿真,得到机构工作空间的几何形状。

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。

新型3自由度并联机构运动性能及精度分析

混联机构结合了串、并联机构的优点,已经越来越多地应用在复杂自由曲面零件的加工装备中。提出一种能够实现一个移动和两个转动的3自由度并联3-PSP机构,同时该机构存在伴生运动。通过对3-PSP机构运动模式的分析,简化传统的欧拉角描述方式,采用更适合的倾斜—扭转角描述动平台的运动。在此基础上,建立运动学模型,进行包括伴生运动和被动关节变量的完整运动学求解。基于运动学分析,对3-PSP机构的关节行程、速度特性和精度特性进行分析,证明该机构完全适用于混联结构中的并联模块,并能够满足航空、航天、汽车等领域复杂零件的加工需要。

3-RSR并联机构的微分运动学及动力学分析

对3-RSR并联机构的微分运动学及动力学进行了分析,根据支链的结构特征建立了动平台的运动约束方程,以此为基础导出了3-RSR并联机构封闭形式的速度和加速度公式.通过在球铰处将机构拆开,并利用支链上部杆件及动平台与支链上部杆件组合运动链的力和力矩平衡关系确定了球铰处的约束力.最后,由支链下部杆件的力矩平衡关系得到主动关节驱动力矩的解析表达式.

3自由度RPS并联机构的工作空间分析

给出了不同机构工作空间的概念.定义了由灵活特性,即雅可比矩阵的条件数决定的灵活工作空间,作为可达工作空间的子空间,并且分析了RPS型并联机构的灵活工作空间.给出了当坐标参数变化时,不同的工作空间的变化图.

3-PU^＊U^＊型平动并联机构的运动学分析

研究 3-PU U 型平动并联机构的运动学分析问题。通过将该机构简化成运动等效的机构模型 ,得到其位置逆解公式及描述机构输入与输出速度关系的逆雅可比 ,并进一步对 3-PU U 并联机构作业空间的几何性质、机构的运动灵活性进行了分析 ,给出了尺度参数变化对机构作业空间及运动灵活性的影响规律。分析表明 ,该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性 。

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。

球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制

采用Lagrange方法建立球面3-RRR并联机构基于动平台姿态参数的动力学模型。考虑在计算过程中采用线密度、厚度忽略等近似计算及工作过程中机构的磨损等微小变化造成的参数不确定性,进一步建立带参数不确定性的动力学模型。针对其在振动测试中的重复性动作等特点及参数不确定性设计鲁棒-自适应迭代学习控制器,并对此控制器进行稳定性证明。该控制器利用自适应算法对未知定常数的强大学习能力来补偿系统动力学模型的参数不确定项;利用迭代学习算法对期望轨迹进行零误差重复跟踪。由于该控制器吸取了系统动力学模型的已知信息,避免了一般模型未知系统迭代控制时必须满足的Lipschitz约束条件。仿真结果表明,在此控制器的作用下球面3-RRR并联机构能够很好地重复跟踪期望轨迹。

3-RUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

基于伪刚体模型及运动学参数的量纲一化,建立了3-RUU微动并联机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了3-RUU微动并联机构所有可能的尺寸参数组合,模型空间内的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构。结合对微操作运动性质的分析,提出了作业空间体积值、作业空间形状值及常值雅克比矩阵条件数等三种描述微动机构运动学性能的评价指标,并根据尺寸型模型及定义的性能指标绘制了反映机构性能与尺寸参数关系的性能图谱。

一种基于3-RPC并联机构的新型步行机器人

并联机构结构简单且具有较高的承载能力,将并联机构用于步行机器人,能够在很大程度上提高步行机器人的载重和行走效率,为此提出一种新型的步行机器人。该机器人本体采用3-RPC并联机构,具有3移动自由度,可以在不调整身体姿态的情况下向任意方向移动。采用螺旋理论分析该机器人实现三维移动的机构学原理并验证了自由度,给出位置反解的算法并绘出工作空间,结合3+3步态对机器人的行走运动进行运动学动态仿真分析,仿真结果显示机器人可以实现连续行走且步态平稳,表明该设计正确合理,具有一定的可行性。此外,由于采用并联机构,与传统多足步行机器人相比,该机器人还有容易得到位置反解等优点,有利于步行机器人的结构设计与运动规划,也拓宽并联机构的应用领域。

三自由度3-CS并联平台机构的运动学分析

首先介绍了一种新型的并联机构——三自由度 3-CS并联平台机构的模型。应用螺旋理论分析了该机构的瞬时运动。同时对该机构进行了运动学分析 :给出了操作平台的输出运动参数的 3个运动约束方程和3个独立输出运动参数与 3个独立运动输入参数之间的一阶速度影响系数矩阵 ,最后给出了求解机构位置正、反解的计算方法。

3-PRS并联机构工作空间求解的SimMechanics实现

3-PRS空间并联机构是2R1T的3自由度机构,由于该空间机构运动的复杂性,故对其工作空间的研究意义重大。以3-PRS并联机构的逆运动学为基础,运用Matlab中的Sim Mechanics功能模块绘制其结构框图,建立该机构的三维实体模型;然后利用数值实例根据滑杆的行程限制条件以及球面副和转动副的转角约束条件采用运动仿真法编程得出了3-PRS并联机构的工作空间。结果表明,该机构的工作空间具有对称性,且内部无空洞,为3-PRS并联机构进一步研究优化设计、控制研究等奠定了一定的理论基础。

3-PRS并联机构正解的数值方法

正解计算是3-PRS并联机构设计与评价的重要工作之一,由于求解3-PRS并联机构的解析表达式十分困难,所以通常求其数值解。针对正解迭代求解时可能由于初始值设置不当引起的求解失败或遗漏真实解的问题,提出了运用蒙特卡洛方法设置迭代初始值。通过大量的随机抽样得到所有可能的解,并且归并这些解,然后绘制3-PRS并联机构的位姿简图,以此来直观判断解的合理性,最后应用算例验证了该方法的有效性及可行性。结果表明:充分利用蒙特卡洛方法的随机性,可以找到所有的解;绘制的3-PRS并联机构位姿简图形象直观,方便对真实解进行判别。

平面3-■RR并联机构过约束分析及自调结构设计

分析了平面3-RRR三自由度并联机构中存在的过约束及其有害影响,详细讨论了在保证3-RRR并联机构平面运动特性的情况下无过约束自调结构的设计问题,得出了几种新的平面三自由度并联机构运动副配置方案,深入分析了2-RCS-RRR结构的自调特性。