最优化3-RRR球面并联机器人路径规划方法

针对3-RRR球面机器人进行了路径规划方法的讨论,将一种快速寻找最短路径的橡皮筋算法推广到了三维空间,并编制了伪代码。对机器人运动学方程进行了计算分析,得到了其工作空间点云模型。根据其可定向性周期空间的拓扑特性,确定最短路径找寻方向。通过4组算例验证了能量最省路径规划方法的可行性,并给出了各自的点云图,以及1组电机转角的变化曲线。

3-RRR并联机器人含间隙的运动学标定及误差补偿

机器人构件几何尺寸误差与关节间隙共同影响了机器人的定位准确度与精确度.文中基于考虑关节间隙的误差模型,使用运动学标定的方法对上述两误差源进行了识别,分析了关节间隙对重复定位中误差分布规律的影响.通过在逆运动学模型中补偿识别到的构件几何误差,以及将标定后的定位误差补偿到控制指令,提高了机构定位准确度;通过在控制中实时补偿关节间隙对定位误差的影响,提高了重复定位精确度.

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。

六自由度3-RRRS并联机器人机构位姿正逆解

提出一种六自由度 3RRRS并联机器人机构 ,建立了位姿正逆解的解析表达式 ,其中位姿正解有 4组 ,位姿逆解有 8组 .

3-RRR并联机器人运动学建模与仿真

基于机构学理论,建立了3-RRR并联机器人逆运动学模型。在MATLAB软件中,编程求解该运动学模型,讨论了该并联机器人逆解与装配模式之间的关系;通过MATLAB软件仿真,得到不同装配模式下,主动杆角位移、角速度和角加速度的变化规律。为该机构的动力学分析和工程应用提供了技术基础。

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。

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。

三分支非均匀分布球面并联机器人的工作空间分析

通过分析球面三转动副并联机构中三个分支的布局对工作空间大小及分布的影响,把一般球面并联机构的三个分支由均匀分部改为非均匀分布,提出了一种三分支非均匀分布球面并联机器人,介绍了其结构布局特点,建立了结构约束条件,绘制出了工作空间的α截面边界图,定量分析了机构参数和工作空间大小及分布形状的关系,设计了一种三分支非均匀分布球面并联机器人样机。

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.

基于执行器能量消耗的并联机器人优化

并联机器人在执行任务过程中的能量消耗特别严重,为此本文以其3个主动执行器的电能消耗最小化为目标对3-RRR平面并联机器人进行尺度优化。在3-RRR机构运动学分析的基础上推导出机构的逆运动学方程,分析了3-RRR机构常见的4种工作模式。采用粒子群算法确定3-RRR机构的连杆和平台质量的最优值。根据优化结果进行仿真和对比分析,结果表明,在4种工作模式下,优化后执行器的力矩值均较小,消耗的电能得以降低,其中工作模式2的性能最佳,在执行相同的轨迹跟踪任务时,其执行器跟踪误差收敛较快,消耗的能量最少。

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.

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。

基于三分支非均匀分布球面并联机构的腰关节设计

通过分析球面三转动副并联机构中三个分支的布局对工作空间大小的影响,把一般球面并联机构的三个分支由均匀分布改为非均匀分布,提出了基于三分支非均匀分布球面并联机构的拟人腰关节,选取了一组合理的几何参数,给出了完整的设计方案。该拟人腰关节前弯后弯角度大,基本能满足人体腰关节对工作空间的要求。

基于三分支非均匀分布球面并联机构腰关节的运动学传递性能分析

把基于三分支非均匀分布球面并联机构应用于新型拟人腰关节,可以很大程度改善现有拟人腰关节的性能。为满足该拟人腰关节的性能要求,对其结构进行了运动学传递性能计算与分析,选取了一组合理的设计几何参数,从而使其基本能满足腰关节对工作空间的要求。通过分析腰关节的运动学传递性能,定义了角度传递性能评价指标,并研究了评价指标如何提高全域角速度传递性能。

基于球面并联机构腰关节的力学传递性能分析

提出了基于三分支非均匀分布球面并联机构的新型拟人腰关节,该关节前弯后弯角度大,基本能满足腰关节对工作空间的要求,选取了一组合理的设计几何参数,分析了腰关节的力学传递性能,定义了全域力矩精度传递性能评价指标,并研究了评价指标如何提高全域力矩传递性能。

3-RRR高速并联机器人运动学设计与实验

提出一种基于机构奇异和运动传递性能指标的高速并联机器人运动学优化设计策略.优化设计过程分为两步:首先构造了无量纲参数设计空间,在设计空间中,研究了3-RRR机构的奇异和可用工作空间,分析了机构奇异曲线的分布特点,确定了无内部奇异的3-RRR机构的参数取值范围;然后以全局条件数为目标函数、传动角为约束,对机构的运动学参数进行优化.利用这种方法设计了3-RRR并联机器人.实验结果表明,设计的并联机器人有良好的运动传递性能.

机器人控制器中应用加速度反馈的研究

3-RRR并联机器人在精密定位、材料搬运、宏微观集成等方面得到了广泛的应用。针对并联机械臂的自激振问题,提出了一种以闭环反馈、加速度和伺服马达为基础的主动控制试验平台。本文从信号滤波、加速度传输、信号处理等方面考虑了3-RRR平面柔性并联机械臂在特定奇异位置的自激振机制。试验结果显示,采用加速度反馈的主动控制方法能较好地抑制异形位置的自激振。

基于加速度反馈的平面3-■柔性并联机器人自激振动控制

平面3-RRR柔性并联机器人在精密定位、物料搬运、宏微结合等领域有着广泛应用,其在运行到某些区域时容易产生自激振动,这极大地影响了系统的精度和稳定性。为了有效抑制并联机器人的自激振动,在并联机器人试验平台上搭建了振动加速度测量系统,利用加速度传感器和伺服电动机实现闭环反馈以及自激振动主动控制。对平面3-RRR柔性并联机器人特定奇异位置自激振动的机理进行分析,考虑加速度信号滤波以及信号传输和处理等因素引起的相位滞后,采用移相技术,给出了基于加速度反馈的控制算法,对平面3-RRR柔性并联机器人的自激振动进行了主动控制试验研究。理论和试验结果表明:提出的基于加速度反馈的主动控制方法能够在奇异位置处有效抑制并联机器人的自激振动。

基于3-RRR非对称球面并联机构的假肢肩关节机构优化设计

由于具有紧凑的空间布局和良好的结构刚度等特点,3自由度球面并联机构在肩、腕等多自由度关节的设计方面具有潜在的优势,但现有球面机构设计方法未结合人体肩关节工作空间呈非对称形貌、灵巧运动能力呈非对称分布的特点开展针对性的设计.本文以3-RRR非对称球面并联机构为原型,开展假肢肩关节机构参数优化研究,旨在改善非对称球面并联假肢肩关节机构的运动学性能.为此,首先确定了机构的参数化模型,在推导机构运动学正反解和速度雅可比矩阵的基础上,以机构工作空间对人体肩关节工作空间的覆盖程度最大、机构灵巧性最高和输入轴最大力矩最小为目标对机构的参数进行多目标优化设计.利用基于三角模糊数的模糊层次分析法计算各个指标的权重,以加权求和法从优化求解的Pareto解集中筛选出满足需求的最优机构参数.根据该最优机构参数设计的假肢肩关节机构,其工作空间能够有效覆盖人体肩关节的工作空间.和现有对称配置的球面并联机构相比,其机构灵巧性和最大关节力矩得到有效改善.研究工作可为假肢肩关节的设计与应用提供理论基础.

含恰约束支链的驱动变胞机构构型综合与分析

不同于现有利用约束奇异和支链奇异实现的变胞并联机构,通过开启与锁死驱动副的方式,基于3-RRR球面机构(Sm),利用螺旋理论提出了一类含主动混联恰约束支链的多模式驱动变胞并联机构。针对所综合的3-SPS/SmPU驱动变胞并联机构,根据螺旋理论分析机构各构态的自由度,利用机构的结构特征和几何约束关系建立其运动学模型。此种通过开启与锁死驱动副实现并联机构变胞的方法也适用于其他变胞并联机构的构型综合,其变胞方式简便易行,全构态逆运动学求解简单,且该类变胞并联机构可有效避免变胞过程中的约束奇异和支链奇异。