新型3-TPS并联机器人平行机构的约束与运动学分析

目的为完善并联机器人理论.解决并联机床产业化关键技术.方法用螺旋理论方法分析平行机构的约束特性,并计算其自由度;用空间坐标转换理论推导出平行机构的雅可比矩阵;用仿真方法分析了机构的奇异性,获得工作空间的可操作度变化范围.结果新型3-TPS并联机器人的动平台只能作沿Y、Z两轴的平动和绕Y轴的转动,平行机构有3个自由度.结论由于平行机构对并联机器人的约束,使新型3-TPS并联机器人具有3个自由度,通过雅可比矩阵和机构奇异性的推导和计算,得到平行机构在工作空间中没有奇异形位和不定形位的结论.该方法可应用于类似并联机器人的结构设计与运动学分析中.

混联式石材加工机械手3-TPS/TP型工作头的运动特性分析

目的通过计算使新的并联加工头结构更合理,避免奇异点和奇异位型,为结构尺寸优化提供依据.方法根据其混联式构型特点,应用空间机构运动学理论,运用Matlab进行仿真计算,绘制出其工作空间、可操作度及灵巧度的分布图,并对此进行了分析.结果工作空间仿真形状近似为锥柱,工作空间大,在给定的加工范围工作空间内部无空洞;可操作度W在2.15~6.9变化,变化范围小,曲面变化平稳;该机构的灵巧度指标C(J)在3.58~8.32变化,变化范围较小,没有突变点.结论该机构具有较大的工作空间,整个工作空间内没有奇异点、奇异位型;可操作度的变化范围不大,具有良好的可操控性;该机构运动灵巧性好.通过运动特性分析,该机构能满足石材加工三维雕刻、异型加工等工序.

基于Clipper的3-TPS混联机器人运动轨迹控制

针对3-TPS混联机器人的空间运动性能要求及自身的结构特点,提出了一种基于Clipper的3-TPS混联机器人开放式数控系统.为了解决该机器人的运动摆头与回转工作台间角度的耦合及由工作台运动造成的工具编程点位置的变化等关键问题,建立了混联机器人运动学位置逆解数学模型.在构建基于Clipper的3-TPS混联机器人数控系统硬件平台基础上,将该机器人的运动学逆解数学模型转换为位置运动控制算法,并在球面上进行了螺旋轨迹实验验证.空间运动轨迹的理论与实验分析结果表明:所设计的数控系统能满足3-TPS混联机器人的控制要求,其运动模型及控制算法正确、可行.

基于关节空间插补的3-TPS混联机器人轨迹误差分析

针对3-TPS混联机器人空间运动性能要求及自身的结构特点,提出坐标空间的粗插补算法和关节空间的精插补算法,以提高混联机器人运动轨迹误差。精插补采用在原控制系统中的样条插值算法基础上改进的CBI曲线插补算法,保证了拟合曲线通过粗插补离散点。最后采用MATLAB软件对精插补算法在两种精插补策略下对轨迹误差的影响进行了仿真分析,验证CBI曲线拟合算法的正确性。该混联机器人的控制算法对轨迹误差的影响为运动控制提供了切实可行的控制策略与算法基础。