基于BP神经网络技术的3-UPU型并联机构运动学正解的研究

基于运动螺旋理论分析了3-UPU型并联机构的自由度,建立了该机构运动学逆解的显性式。依据此逆解得到的49组数据,包括驱动参数及对应输出位姿参数作为训练样本,采用BP神经网络技术对样本进行训练,获得了运动学正解的神经网络模型。最后,用训练样本以外的5组样本对所获得的正解模型进行了检测。

转动型3-UPU并联机构的刚度分析

根据由并联机构的Jacobian矩阵表达的刚度矩阵,本文分析了转动型3-UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律。结果表明,最大刚度方向占据了相对稳定和集中的部分,并且当动平台平面和静平台平面接近平行时,并联机构的刚度较高。转动型3-UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用。

转动型3-UPU并联机构的奇异构形分析

使用四元数变换推导出转动型3-UPU并联机构的雅可比矩阵,根据该机构的几何特点和雅可比矩阵的特点,提出了转动型3-UPU并联机构的奇异构形判别准则.在转动型3-UPU并联机构中,当沿三个连杆的直线相交于一点时(初始构形),或者当动平台方向是由初始构形绕与静平台三角形三边平行的轴线转动而得到时,其构形为奇异;或者在给定的阈值下,当动平台方向是由初始构形绕与静平台平面平行的轴线旋转而得到时,易接近奇异构形.

新型3-UPU平移并联机构的设计与奇异分析

基于Tsai提出的3-UPU并联机构原型，设计了一种改进的新型3-UPU并联机构，并对其进行了约束奇异分析，从而提供了一种可以改善3-UPU机构奇异特性，使其尽量远离约束奇异的机构设计方法。首先，分析了3-UPU并联机构的末端约束螺旋系，并将约束螺旋矩阵的条件数作为机构发生约束奇异的衡量指标，从而量化了机构接近约束奇异位形的程度。当条件数无穷大时，约束矩阵严重病态，而此时所讨论的机构就发生约束奇异。然后，基于得到的约束图谱，选择最小值作为机构优化设计的目标，即：使机构的约束条件数保持在最小值附近。最后，分析讨论了改进型机构的奇异问题，结果表明，改进型3-UPU机构不容易发生奇异。

纯转动型3-UPU并联机构工作空间分析

详细讨论了纯转动型3-UPU并联机构的工作空间。文中首先分析了3-UPU并联机构的纯转动运动的条件;然后用动平台的法向量、绕该向量转动的角度和连杆长度来直观地定义并联机构的工作空间,并分析了该定义该机构运动的几何和非几何约束条件,最后提出了纯转动3-UPU并联机构的工作空间搜寻算法,并利用M app le软件验证了该算法的有效性。本文研究的内容对3-UPU并联机构的可行性和优化设计有一定的作用。

移动型3-UPU并联机构静态稳定性分析

使用最小势能原理,对刚性支撑3-UPU并联机构进行了静态稳定性分析。稳定性分析中,将并联机构的连杆分解为包含油液在内的三部分,通过建立并联机构的Lagrange势能函数,得到反映机构静态稳定性的Hes-sian矩阵,并由此提出了机构不同稳定性状态的比较判据。分析和计算表明,在工作空间中,移动型3-UPU并联机构在由几何构型所确定的工作空间中的静平衡基本上稳定。

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 。

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。

3-UPU转动并联机构的两类位置正解分析

根据纯转动型 3 UPU并联机构的几何特点 ,使用四元数变换方法 ,构造了一类单正交条件下的 3 UPU并联机构位置正解分析的参数化方程 ,可使用三角恒等变换来求解该方程 ;并使用单位四元数变换求出其双正交条件下的 8个封闭的位置正解 ,该正解为

一平动两转动3-UPU并联机构奇异性分析

应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-UPU并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件,推导出机构的6×6 Jacobian矩阵,该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合,基于这些线矢量的线性相关性,可识别出机构的奇异形位。引入线性丛逼近算法(LCAA)定义和分析了机构的结构和约束奇异形位,这两种奇异形位均和机构得到多余的自由度相关,文中统称为并联奇异;LCAA算法可得到用旋量坐标表示的最近线性丛的轴线和节距,当并联机构处于或接近奇异形位运动时,该线性丛的轴线和节距提供了机构自运动的额外信息。给出了3-UPU并联机构奇异性分析的实例。

3-PUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

为设计 3 PUU微动并联机构 ,使其获得良好的运动性能 ,提出用杆件无量纲参数建立机构尺寸型模型 ,该模型在有限区间内给出了 3 PUU微动机构所有可能的尺寸组合 ,模型空间中的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构 ;定义反映微动机构运动性能的工作空间体积值、工作空间形状值及条件数 3种性能指标 ,在尺寸型模型中绘制一系列性能图谱 ,通过计算机仿真验证性能图谱的正确性 ,依据图谱提供优化设计机构的方法。

基于Matalb的纯平动3-UPU并联机构正运动位置解及工作空间分析

采用空间机构螺旋原理,分析了3-UPU并联机构的构型和纯平动特性。给出了连续型多项式代数拓扑法,构建3-UPU并联机构的正运动位置解的非线性方程组,并对方程组进行计算。该方法无需给定值就能有效逼近并联机构非线性方程组的解,且可解决方程组求解时出现的分叉和散度问题,对超越问题的解析具有重要的参考意义。基于Matlab/Simmechanics构建3-UPU并联机构PID控制模型并分析其工作空间,验证并联机构构型设计中螺旋理论应用的准确性。该方法对求解多自由度并联机构运动学问题有切实可行的借鉴意义。

移动型3—UPU并联机构的刚度分析

分析了移动型3—UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律。结果表明,并联机构几何参数的变化只对工作空间的大小和形状有影响,而对刚度矩阵的特征向量大小及方向几乎没有影响,最小刚度方向分布在垂直于静平台平面的锥体内。移动型3—UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用。

3-RPS型并联机构运动正解的研究

并联机构运动学正解是一个位置和姿态耦合的复杂非线性问题,一般难以求得封闭形式的解析解.应用解析法对3-RPS型并联机构进行运动学正解问题进行了求解,并给出正解方程通式以及各项系数值,得到封闭形式的解析解.并给出具体数值实例进行求解,得出全部位置解,同时给出部分机构空间图形验证了解法可靠性.

3-UPU冗余驱动并联机构采矿中的伴随运动消除（英文）

3-UPU并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-UPU并联机构采矿中的干扰。对3-UPU并联机构存在的非期望转动问题进行强度评估,根据评估结果限制螺旋和伴随转动间的互易积非零,限制螺旋对伴随转动进行做功。得到伴随转动自由度运动的范数描述,依据范数检测误差限制对非期望转动的干扰幅度,通过添加冗余驱动支链的方法,消除并联机构采矿中的伴随运动。实验结果表明:采用所提伴随运动消除方法时的并联机构工作空间满足采矿升沉幅值以及位移的要求。

3-UPU冗余驱动并联机构的冗余支链优选及仿真

由于当前3-UPU冗余驱动并联机构存在奇异缺陷,造成冗余支链选择方法可靠性低、刚度分布不均。提出一种新的3-UPU冗余驱动并联机构冗余支链优选方法。设计了3-UPU冗余驱动并联机构和自由度要求。将运动平台位姿参数看作变量,求出3-UPU冗余驱动并联机构的力矩阵和力矩矩阵。获取3-UPU冗余驱动并联机构输入,通过位置方程求出驱动螺旋参数和非冗余支链的驱动螺旋,提升可靠性。计算冗余驱动螺旋的参数,获取条件数机构的相关信息,确定刚度矩阵的力矩阵和力矩矩阵,利用灵巧度与刚度获取条件数和刚度最佳的冗余支链,解决刚度分布不均的问题。实验结果表明：所提方法可靠性高、刚度分布均匀。

3-UPU并联自动调平机构控制系统设计

为解决自动调平机构系统稳定性差和调平精度低的问题,设计了一种基于3-UPU并联机构和PI鲁棒滑模控制的调平系统。首先,基于螺旋和反螺旋理论,设计了一种3-UPU并联机构作为系统的调平机构,并建立了机构的动力学方程,为调平控制系统提供了控制对象。然后,在PI控制的基础上,利用鲁棒滑模算法的抗摄动、实时修正系统非线性的功能,设计了一种PI鲁棒滑模控制器,并运用Lyapunov函数证明了控制器的稳定性。最后,分别采用两种控制方法对机构的调平误差进行了仿真分析,结果表明:PI鲁棒滑模控制器有更佳的调平精度和较小的稳态误差,为调平机构的研究提供了一种参考方案。

3-UPU并联机构运动学性能分析

为提高并联机构的设计效率和设计的准确性,以3-UPU并联机构为研究对象,对其进行运动学性能分析,利用矢量法推导出机构的正、逆解公式。通过微分法推导出机构雅克比矩阵,同时建立机构输入速度与输出速度之间的映射关系,通过二次求导建立机构输入加速度与输出加速度之间的关系。利用Matlab软件进行速度与加速度的仿真计算,并绘制出并联机构输入速度(加速度)与输出速度(加速度)之间的关系,并与ADAMS软件虚拟仿真结果进行对比,从而验证3-UPU并联机构数学模型与三维实体模型的正确性。

基于向量键合图法的3-PPR型平面并联机构动力学分析

为提高平面并联机构动力学分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据3-PPR型平面并联机构构件间的运动约束关系,将平面运动刚体、旋转铰及移动铰的向量键合图模型组合起来,建立了3PPR型平面并联机构向量键合图模型。针对该类机构构件间非线性几何约束所导致的微分因果环问题,提出了有效的解决方法,克服了其给机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难。应用相应的算法,实现了3-PPR型平面并联机构计算机辅助动力学建模与分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。

基于PMAC运动控制器的3-UPU并联机构数控系统的实现

以3-UPU并联机构机械本体为控制对象,利用齐次坐标变换进行该机构的运动学分析。推导了正逆解公式。开发了以IPC+PMAC运动控制器为核心的主从开放式数控系统框架,并以此为基础设计了数控硬件系统,绘制了电气接线图与接线表。搭建了该数控系统软件界面,完成了上位机程序和下位机程序的编写。最后以典型运动轨迹为例,验证数控系统的可行性。