3-SPS/SP并联机构的设计仿真分析及应用

首先建立3-SPS/SP并联机构模型,基于螺旋理论求解其自由度。接着运用坐标变换法求出并联机构的位置逆解,然后用ADAMS软件对并联机构进行动力学分析,分别得出正解仿真和逆解仿真的结果,再运用MATLAB软件编程求得并联机构的可达工作空间。最后以一个在桶状物体表面进行商标喷涂为实例,对该并联机构进行了仿真分析,结果表明:3-SPS/SP并联机构具有4个自由度,分别是绕X轴、Y轴、Z轴的转动和沿Z轴的上下移动,其运行平稳,工作空间较大,并且在整个运动过程中动作连续,没有出现空洞的部分。

3-SPS(RPR)并联机构神经网络自适应滑模控制系统研究

通过Sim Mechanics Link插件关联Solidworks与Matlab软件,将3-SPS(RPR)并联机构的Solidworks三维模型转换为Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型。基于机构的Sim Mechanics模型和动力学方程,结合神经网络自适应算法,设计了一种新型滑模控制器,并通过Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性。神经网络自适应算法的作用是实时地修正系统的不确定和非线性项参数,有效解决了滑模控制系统的抖振问题。建立机构的Matlab/Simulink系统框图并进行仿真分析,结果表明:新型滑模控制器的轨迹跟踪精度比传统滑模控制器的高,且响应速度快,鲁棒性强,从而验证了新型滑模控制器的有效性。

基于3-SPS并联机构的超声振动切削结构的研究

针对硬脆性材料在加工过程中表面容易产生裂纹和凹坑等缺陷,应用超声振动切削原理,提出一种基于3-SPS机构的刀尖可做空间复杂轨迹振动的非共振型压电超声振动切削结构。首先叙述了结构的运动机理及刀尖的微观运动轨迹,设计出压电振子结构,建立工作头的三维模型,并对工作头机构进行了运动分析、仿真和动力学分析,最后进行结构优化以及应力校核并加工出样机,验证该结构的可行性并得到其刀尖能够产生空间复杂振动轨迹的结论。

3-SPS/1-S张拉整体并联机构的研究与应用

为满足盾构管片姿态微调需要,提高拼装精度及效率,提出基于3-SPS/1-S张拉整体并联机构设计管片拼装微调机构。给出总体方案及构型分析,机构仅有3个转角自由度,可实现管片横摇、俯仰及偏转动作。重点研究机构位置反解、正解及工作空间。运用RPY法推导旋转矩阵,得到位置反解表达式;给出位置正解的变步长搜索求解法;基于工作空间约束方程,分析体积求解方法。数值验证结果表明:(1)位置反解易求且具有唯一性;(2)位置正解不唯一,共有29组解值;(3)给定球铰最大转动值为35°,工作空间体积为0.768rad3。该机构可满足管片姿态微调要求,具有一定指导意义。

4-SPS/SP并联机构的奇异位形分析

对4-SPS/SP并联机构的运动学和静力学进行分析,得到该机构的降维运动学和静力学奇异位形曲线。对比这两组曲线发现它们相差了β=±90°两条直线。通过对机构运动Jacobian矩阵分析,发现该±90°是欧拉角的"奇点",并非该并联机构的奇异位形,并运用实例加以验证。在排除该非奇异位形曲线后,根据两种方法得到的奇异位形是相同的,并对其物理意义进行了解释说明。运用静力Jacobian矩阵得到了该机构的姿态奇异位形曲面,找到了该机构的动平台只绕Z轴旋转时存在的一组特殊的奇异位形,并根据力螺旋相关性修改动平台参数避免该组奇异位形,改善该机构的运动性能。

3-SPS/UPR并联工作台运动学分析

提出一种以3-SPS/UPR并联机构为主体的工作台,用以辅助少自由度机床对工件进行曲面加工。建立3-SPS/UPR并联机构的运动螺旋矩阵,通过螺旋理论对其进行自由度分析,采用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证;通过机构中的几何关系,采用封闭矢量法求解该机构的位置逆解,并求出该机构的速度Jacobian矩阵;通过三维动态搜索法求解该机构的工作空间;通过Adams软件对该并联工作台进行了运动学仿真。该3-SPS/UPR并联机构能够进行两平移两转动的运动,可提高机床加工效率和加工质量,增大机床加工范围,提高机床的曲面加工的能力。

考虑关节摩擦的3SPS+1PS并联机构显式动力学建模研究

显式动力学模型是并联机构控制器设计的基础,由于并联机构的闭环结构特点,导致其显式动力学建模过程通常比较复杂。为了避免动力学建模过程中繁琐的求导过程,考虑关节摩擦并基于牛顿-欧拉法对3SPS+1PS并联机构的显示动力学模型进行了研究。在并联机构运动学及受力分析的基础上,建立其具有一般形式的动力学模型,选取动平台上球铰链所在位置点的运动学参数作为中间变量,并将其表示为各运动参数的函数,通过参数替换,最终得到包含人工髋关节、推力球轴承、球铰链及电动缸等处摩擦且具有显式形式的动力学模型。将所建立并联机构动力学模型的数值仿真结果与实测结果进行对比分析,验证了所建立模型的有效性。得到的动力学模型可用于并联机构的动力学控制器设计及摩擦补偿控制研究,所使用的方法同样适用于其他构型并联机构的显式动力学建模。

髋关节试验机中3SPS+1PS并联机构有限元分析

以髋关节试验机中3SPS+1PS并联机构为研究对象,通过UG建立了并联机构的实体模型,并利用ANSYS进行了静力和模态分析。通过对3SPS+1PS并联机构在某一工作位置时两种不同受力情况的分析,得到机构整体的应力应变分布情况,验证了机构的静刚度满足设计要求。通过模态分析,得到3SPS+1PS并联机构的固有频率和振型,分析了固有频率和振型对机构动态特性的影响。

基于Adams的3-(2SPS)并联机构的配重平衡分析

以3-(2SPS)并联机构为研究对象,针对机构动平台质量较大的情况,通过一个二级剪叉机构建立一种配重平衡装置。求出机构位置的正反解,在Adams仿真软件中用纯移动型的3-UPU并联机构等效代替,对配重后的机构进行运动学、动力学以及静力学仿真分析;并通过参数化分析,获得更佳的设计参数。仿真结果表明:优化后,有平衡结构的3个驱动杆的输出力远远小于平衡前的输出力。平衡效果非常明显,达到了平衡目的。

3SPS+1PS髋关节并联仿生试验系统工作空间优化

为使人工髋关节试验系统具有仿生模拟人体髋关节运动特性的能力,不但要使其能模拟髋关节各种运动形式,而且其运动输出空间应完全覆盖实际人体髋关节的运动范围,这也使得对其运动空间进行深入分析成为必要。针对作为髋关节并联仿生试验系统核心运动模块的3SPS+1PS并联机构,利用四元数法建立其逆/正解运动学模型,基于动平台三点构造法构建了3SPS+1PS并联机构的量纲统一速度Jacobian矩阵,分别比较了该矩阵条件数在不同运动空间及结构参数下的取值变化情况,得到条件数平均值与机构定、动平台上球副中心连线长度比值、球副许用转角及动平台中心位置高度等参数之间关系,优化了机构结构参数,进而得到了运动性能良好的运动空间区域。髋关节并联仿生试验系统运动空间的研究对其运动路径规划、动态特性分析及控制系统设计具有重要的意义。

基于Kane方程的3SPS+1PS并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3SPS+1PS并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,基于凯恩方程法,从并联机构的运动学出发,建立了各主动支链与动平台中心点速度、加速度之间的关系。选取动平台中心点的速度和姿态角的导数为广义速率,得到了各构件的偏角速度、偏速度,考虑并联试验机的摩擦环节,建立了库伦摩擦模型;并通过得到的广义惯性力、广义主动力和广义摩擦力建立并联试验机的动力学模型。通过对动力学模型仿真得到主动支链的驱动力和驱动功率,并分析其动力学特性及摩擦力的影响。

基于广义坐标形式牛顿-欧拉方法的3SPS+1PS并联髋关节试验机动力学研究

针对并联髋关节试验机的核心模块-3SPS+1PS并联机构,基于广义坐标形式的牛顿-欧拉方法,建立系统动力学方程,并利用MATLAB软件进行仿真分析。结果表明:在Z轴方向上,动平台上球副所受约束力最大,并且远大于Z轴方向上的约束力。另外,在0.3s和0.7s左右两个时刻,球副处的约束力及主动支链的驱动力发生突变,这是因为机构在两个位置时发生正、逆转。

3SPS1PS并联式髋关节仿生试验机动态仿真

为准确模拟人体髋关节受力情况,选用3SPS1PS少自由度并联机构作为髋关节仿生试验机的核心部分。应用UG软件实现并联式髋关节仿生试验机的虚拟设计和虚拟装配,然后根据正常人体髋关节运动学及动力学特性,在ADAMS软件中进行运动学和动力学仿真。通过仿真曲线可准确获得试验机位移、作用力等信息,为试验机的成功设计提供参考数据。该方法不需要大量的数学计算,快捷、方便、准确。

基于PSO-SVM的3SPS+1PS并联髋关节试验机正运动学研究

为了克服传统髋关节试验机在模拟复杂运动轨迹和变载荷动力加载时存在的不足,提出一种以3SPS+1PS并联机构为核心运动模块的髋关节试验机。该试验机有三个转动和一个移动自由度。该试验机的位置正解是其应用的前提,采用粒子群优化(PSO)的支持向量机(SVM),利用位姿逆解结果,通过训练学习,建立正运动学求解模型,进而求得该髋关节试验机的运动学正解。数值仿真结果表明,粒子群优化的支持向量机求解该试验机正运动学的精度满足精确控制的要求。

并联式髋关节摩擦特性试验机驱动机构运动学研究

为了克服现有髋关节试验机在复杂运动轨迹模拟和变载荷动力加载等方面存在的不足,试制了一台以3SPS+1PS并联机构为核心驱动模块的髋关节试验机。基于Rodrigues参数,对该髋关节试验机的驱动机构进行了运动学建模和求解。根据ISO14242-1:2002(E)标准的相关规定,对该机构逆运动学模型进行了数值仿真,得到模拟髋关节运动所需的主动件运动学参数变化规律,确定了该髋关节试验机的运动方案,并验证了驱动件选型的合理性。通过耗时计算,测得Rodrigues参数法求解试验机逆运动学的运算时间,满足控制实时性的需要。

一种混合型并联平台机构的工作空间分析

对 3 -TRT/SPS四自由度混合型并联平台机构进行了分析研究。根据 3 -TRT/SPS机构的位置反解方程 ,应用优化方法 ,确定了机构工作空间的边界 ,对机构工作空间的形状和体积的大小进行了分析计算 ,并讨论了机构参数对工作空间的影响。

一种四自由度并联机器人的运动性能分析及仿真

文中采用方位特征理论对3-TRT/SPS并联机器人进行机构特性分析,获得了该机器人的方位特征集和运动自由度,结果与机器人结构构型综合的预期一致。运用解析法对并联机器人位置的正、逆运动学进行求解分析,证明了机器人位置正反解算法的有效性,并进一步验证了该并联机器人结构设计的合理性。采用极坐标搜索法求解了3-TRT/SPS并联机器人的工作空间,比较了不同结构参数对工作空间的影响。在机构参数相同的情况下,对比了3-TRT/SPS并联机器人与3-PTT并联机器人的工作空间。对比结果显示,3-TRT/SPS并联机器人相对于3-PTT并联机器人有更广阔的应用范围。