3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在(0.1~0.2)mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。

面向太阳翼对接的调姿机构模糊自适应阻抗控制

为了实现航天器与太阳翼的柔顺对接,以六自由度并联调姿机构为研究对象,提出了一种基于阻抗控制的接触力控制策略。首先,建立了对接件与待对接件间的阻抗模型,将接触力误差量转换为位置修正量。其次,基于阻抗控制,引入了自适应控制器,解决了阻抗控制目标参数固定的弊端,提高了控制系统对环境的适应性。同时,加入了模糊控制器,实时在线调节阻抗参数。最后,基于Adams和Simulink进行联合仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学标定

为解决一种3-PPPS并联机翼调姿机构因制造、装配过程中存在的误差因素所引起的调姿精度不高的问题,考虑了调姿系统结构误差因素对调姿机构位姿精度的影响。采用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分机构运动学方程,得到包含39项误差源的调姿机构位姿误差与几何误差之间的映射方程。利用激光跟踪仪测量调姿机构测量机翼参考点位置和定位器各轴的实际驱动量。通过最小二乘迭代法辨识出定位器结构误差,修正定位器反向驱动位移求解参数。经过运动学标定实验后,调姿平台的位置最大误差由2.68 mm降为0.82mm,角度最大误差由0.481°降为0.167°,从而验证了标定方法的有效性。

基于双目视觉的3-PRS并联机构末端位姿检测方法

由于传统接触式测量存在测量受力等因素容易引起测量精度不稳定,提出了一种基于视差原理的3-PRS并联机构末端位姿测量方法。首先建立了双目视觉测量模型,在动平台上人工设置4个标志点,末端位姿可通过标志点的空间坐标进行描述;其次构建标志点坐标与动平台末端位姿间的数学模型,实现对末端位姿检测;最后运用数值方法求解末端位姿,并与运动学正解方法得到的末端位姿进行比较。结果表明采用非接触式测量方法适用于3-PRS并联机构的末端位姿检测且精度高。

主被动闭环融合调姿隔振平台运动学及刚度特性分析

针对载体仪器设备调姿隔振的双重需求,提出了一种多维调姿隔振平台新构型。在分支中,主动调姿和被动隔振单元以闭环子链的形式融合。被动隔振时,假定电动缸瞬时锁定,采用等效运动旋量描述闭环子链的运动特性,将包含闭环子链的分支等效为串联分支,并以此为基础,推导了机构的1阶、2阶影响系数,形式简洁紧凑,为后续的运动微分方程建立、振动特性分析奠定了基础。基于虚功原理,推导了考虑重力、外力及位姿变化趋势的完整柔度矩阵和方向刚度模型,并结合数值算例分析了方向刚度在不同坐标系中的表现形式,为机构的性能分析提供参考。

随动式并联机翼调姿机构误差建模与分析

为了改善现有机翼调姿系统精度,研究了一种机翼部件多Pogo柱并联调姿机构的误差建模问题。利用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分摄动法建立其末端调姿误差与机构几何误差源之间的传递矩阵,得到了包含63项几何误差源的映射模型。在此基础上,对影响末端位姿误差的几何误差源进行灵敏度分析。结果表明:调姿机构直线导轨沿各向角度和导轨间垂直度误差灵敏度较大。

基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计

提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台,该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体,辅以弹簧阻尼模块,将调姿与隔振功能相结合,以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求。以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标,进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计;建立了路面谱模型,使用差分预测算法对载运车在C级路面上行走时保持上平台水平所需的支链长度进行了预测,通过仿真验证了所设计平台调姿功能的有效性;建立了多维隔振系统的振动模型,采用理论及仿真方法研究了系统在受迫振动下的振动响应,结果表明,隔振平台在5个自由度方向的隔振率均在57%以上;设计了隔振平台样机,搭建了实验系统,并进行了X、Y和Z方向的隔振实验,实验结果表明,所设计的多维调姿隔振平台在测试的3个方向上的隔振率均在50%以上,具有良好的隔振性能。

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。

两自由度并联调姿机构的静力分析

介绍了一种两自由度的并联微动调姿机构的结构特点,推导出调姿机构的运动学逆解,并进行了其静力学正方程和逆方程的计算,给出其雅可比矩阵及其逆,为该并联调姿机构的受力分析和设计,提供了理论基础。

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-RSS/S并联机构位姿误差的数值分析方法

位姿精度是机构的重要性能指标,也是并联机构结构分析的难点之一。针对在3-RSS/S并联机构误差分析中采用全微分方法忽略高次项会使精度下降的问题,提出采用数值分析的方法来研究位姿误差:基于逆向运动学模型,通过不含误差的机构尺寸参数进行逆解计算,得出机构的输入参数;基于正向非线性运动学模型,以原姿态角作为迭代初值,计算出包含误差时的动平台末端姿态,进而计算出位姿误差;根据设定的误差源分布规律,基于蒙特卡洛方法随机生成机构尺寸参数的误差,计算得到位姿误差的分布规律;遍历整个工作空间,得到位姿误差在整个工作空间中的数字特征值与分布规律。通过三维建模方法验证了数值计算的正确性,通过算例验证了该方法的可行性与有效性,为3-RSS/S并联机构的精度研究奠定了基础。

基于Simulink的两自由度并联调姿机构动态仿真

介绍了一种两自由度的并联微动调姿机构的结构特点,推导出调姿机构的运动学逆解,以及其速度方程和加速度方程,并且运用MATLAB/Simulink实现了机构动态仿真,进行仿真计算,最后给出相应仿真结果。

基于并联原理的调姿机构位置分析

并联机器人已成为机器人研究与应用的一个热点。并联机构与串联机构在结构和性能上都存在对偶关系[1 -2],而且并联机构的逆运动学问题比较容易 ,这有利于轨迹规划。本文对一种基于并联原理的新型调姿机构建立了数学模型 ,给出了它的位置方程 。

一种两自由度并联调姿机构的设计

介绍了一种两自由度的并联调姿机构的结构特点,讨论了这种机构在较小调姿角度情况下的运动学位姿反解和正解,对此机构的可能应用及结构设计中的一些问题也作了分析。

2P-2(RPS+UPS)并联机构运动学分析

提出了一种四支链六自由度2P-2(RPS+UPS)并联机构用于车载调姿平台。建立2P-2(RPS+UPS)并联机构模型,运用G-K公式对机构进行自由度分析;并用闭环矢量链法对2P-2(RPS+UPS)并联机构进行反解计算,用牛顿迭代法进行正解运算。理论正反解与ADAMS仿真进行验证。此六自由度并联机构所含支链少、运动学模型简单、结构简单、承载能力强、工作空间大、运动解耦性强,具有更好的应用前景。

一种圆柱类部件调姿的分布式并联机构误差分析

为提高分布式并联调姿机构的对接精度,减少系统误差的影响,从机构布放误差、参数测量误差和机构控制误差3个方面分析了误差原因,并定量分析了各误差的影响程度。以船舶大型推进轴系为例,搭建了船舶轴系对接试验台架,验证了误差分析的正确性,为复杂环境下的圆柱类大型零部件的高效、高精度对接装配提供了参考。

移动并联式六自由度转运调姿方法研究

针对大型航天相机长距离转运和快速精确自动调姿需求,提出一种基于全向移动平台和3RPS并联调姿机构的移动并联式六自由度调姿方法。首先,测得相机当前姿态和目标姿态,推导二者位姿矩阵;通过运动学模型反解全向移动平台和并联调姿机构的各轴运动参数,将多轴耦合的空间六自由度完全解耦;建立全向移动平台和并联机构的运动学模型,实现上述运动参数的驱动;最后,进行了调姿算法试验,结果表明,调姿设备能够快速精准实现大型相机任意姿态向目标姿态的自动化柔性姿态调整,全向移动平台移动精度优于0.3 mm,旋转精度优于0.05°,并联机构杆长精度优于0.5 mm,验证了自动调姿的准确性。

3-PRS并联机构正解的数值方法

正解计算是3-PRS并联机构设计与评价的重要工作之一,由于求解3-PRS并联机构的解析表达式十分困难,所以通常求其数值解。针对正解迭代求解时可能由于初始值设置不当引起的求解失败或遗漏真实解的问题,提出了运用蒙特卡洛方法设置迭代初始值。通过大量的随机抽样得到所有可能的解,并且归并这些解,然后绘制3-PRS并联机构的位姿简图,以此来直观判断解的合理性,最后应用算例验证了该方法的有效性及可行性。结果表明:充分利用蒙特卡洛方法的随机性,可以找到所有的解;绘制的3-PRS并联机构位姿简图形象直观,方便对真实解进行判别。

含球面副并联机构的可调工作空间求解

为解决并联机构工作空间有限性问题,使其能够适应不同的工作环境及工况。主要以含球面副支链3-PSR并联机构的可调工作空间展开研究。首先在建立含球面副支链3-PSR并联机构几何模型的基础上,利用支链环封闭矢量法求解3-PSR并联机构的运动学方程;其次,综合考虑含球面副支链各运动副约束条件,构建了以滑杆的移动行程和连杆杆长之比为主要影响因素λ的3-PSR并联机构SimMechanics结构框图;然后,研究了影响因素λ对含球面副支链3-PSR并联机构的可调工作空间体积的变化规律;最后,在数值模拟的基础上,数值模拟出λ不同取值时3-PSR并联机构的位置工作空间体积图。研究结果表明,含球面副支链的3-PSR并联机构位置工作空间范围仍然有限,其形状规整分布均匀,且由转动副和球副转角限制的两侧边界、最大、最小杆长限制的上下部边界组成;且随着影响因素λ的取值,该机构可以达到扩大工作空间的目的,为含球面副支链3-PSR并联机构的后续应用设计提供了理论依据。