紧凑型3-RRS并联机构运动学仿真及控制研究

针对传统的3-RRS并联机构在运动时,其主动件向机构外部转动时占用外部空间,不能合理利用机构内部空间资源的问题,设计了一种紧凑型3-RRS并联机构。根据紧凑型3-RRS并联机构运动学特性,对其进行了运动学分析,利用Simulink/SimMechanics工具箱搭建了该并联机构运动学仿真平台,对该机构的运动学模型进行了验证;同时,在Simulink/SimMechanics工具箱搭建了该机构的控制仿真平台,并采用均方根误差对该并联机构控制策略的优劣进行了评判。仿真及研究结果表明:该紧凑型3-RRS并联机构运动时,主动件可在机构内部转动并且运行平稳,动平台中心点轨迹连续平滑,运动学性能良好。

3-RRS并联机构的奇异性质研究

并联机构的奇异是多数并联机构的固有特性,为了防止机构在应用的过程中接近奇异位形,掌握机构的奇异变化规律特别重要。对于3-RRS并联机构,通过建立对应的数学模型,对求得的奇异曲面进行识别,得到了一部分抛物面、锥面和波浪面,然后采用单一变量法研究了机构参数对该机构奇异曲面的影响:当定平台半径R和驱动杆的杆长l1变大时,对应机构空间奇异点的z值会相应增加;动平台的半径r和从动杆的杆长l2增大时则会使奇异点的高度下降;还与3-RPS并联机构进行对比,探究机构本身的变化对奇异曲面的影响。除此之外,基于改进后的G-K方法计算其自由度,基于运动学反解方程遍历其工作空间,在运动分支平面内建立约束关系,从而给出对应机构的运动学反解方程。然后根据螺旋理论,建立分支的运动螺旋系和约束螺旋以及驱动螺旋,构建机构的全雅可比矩阵,利用机构位于奇异位形时的性质得到奇异判别式,给出奇异分布曲面。最后通过搭建该机构的样机模型,采集动平台的位姿数据进行实验,验证理论研究的正确性。

一种新型的空间3-■并联机构的运动仿真

对一种新型的3-■4自由度空间并联机器人进行了位置反解分析,建立机构输入运动副与工作点解析关系,在此基础上,利用Matlab软件构建机构的实体模型,模拟机构的实际运动,并利用微分法做出的机构的速度曲线、加速度曲线与影响系数法求出的速度曲线、加速度曲线进行分析比较,验证了影响系数法对少自由度并联机器人求解的正确性,同时也说明利用该仿真模型能够正确模拟机构的运动特性,为并联机构的优化设计提供依据。

3-RRS球面并联机构的位置解及工作空间研究

利用螺旋理论对3-RRS球面并联机构进行了运动分析。利用牛顿迭代法求解了3-RRS球面并联机构的运动学正解,应用闭环矢量法建立了3-RRS球面并联机构的位置逆解模型并推导出了相应的位置逆解算式,得到了3-RRS球面并联机构的8组逆解。实例分析验证了3-RRS球面并联机构位置解的正确性。利用数值搜索法求解了机构的可达工作空间,利用MATLAB编程绘制了机构在不同结构参数下的可达工作空间图,分析了工作空间的变化规律,为3-RRS球面并联机构的应用奠定了基础。