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。

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。

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。

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。

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。

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。

空间4SPS-PS并联机构的刚度及灵巧性分析

以空间4SPS-PS并联机构为研究对象,对4SPS-PS并联机构进行了位姿、自由度、运动学分析,并求出雅克比矩阵,建立刚度矩阵数学模型。运用Matlab数值分析软件编程来分析各个工况下角度变化对刚度所产生的影响程度,得到4SPS-PS并联机构的刚度性能好,同时对该机构的灵巧度进行了仿真。为该机构的进一步研究提供了一定的参考价值。

基于离散蒙特卡洛的一种3T1R并联机构工作空间分析

针对一种拓扑结构为2-PRPU型的3T1R空间并联机构,采用离散式蒙特卡洛法,通过对动平台转动自由度作离散化处理,在输入对称的情况下,实现了整个空间并联机构的定姿态工作空间、可达工作空间和灵活工作空间的可视化。从定姿态工作空间、灵活工作空间和可达工作空间的角度分析2-PRPU型空间并联机构的工作性能,表明该机构动平台的可达工作空间范围较大,且大部分为灵巧工作空间。这为多自由度空间并联机构的研究和应用提供理论基础。

3-3PS并联机构式双晶单色仪晶体箱调控装置

针对目前双晶单色仪晶体箱调控装置的缺陷,提出了一种新型晶体箱调控装置,该装置采用3-3PS并联机构实现对晶体箱的6自由度位姿调节。详细分析了3-3PS并联机构的机构模型、自由度计算、位置逆解以及位姿调节分辨率,并对3-3PS并联机构式晶体箱调控装置结构设计作了介绍。该装置应用于北京同步辐射装置扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)光束线双晶单色仪中,位置精度优于0.05 mm,姿态调节精度优于10 arcsec。

混合驱动1T3R结构降耦并联机构运动学分析

基于方位特征集理论及并联机构降耦原理,设计一种新型混合驱动1T3R结构降耦并联机构,该机构具有局部运动解耦特性。通过对其进行拓扑结构分析,得出动平台方位特征集的类型,计算出机构的自由度及耦合度。运用空间投影原理及位姿变换矩阵方法,推导出机构位置正反解的显式表达式。运用MATLAB软件编程,分别得出机构位置正、反解数值算例,其数值结果完全吻合,表明位置正反解模型正确可靠。运用MATLAB软件编程和Adams软件运动仿真得到机构角位移曲线,两者结果一致,验证了运动理论分析模型的正确性。基于运动仿真三维模型,直接得出机构的角速度、角加速度曲线。

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动(3T1R)并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。

自动倾斜器不旋转环操纵机构等效并联机构尺寸优化分析

对直升机自动倾斜器不旋转环操纵机构的等效并联机构——1-RRS-3-SPS-1-PS机构进行机构位形分析,利用虚设机构法求出机构的影响系数矩阵,采用影响系数法和微分法分别求出机构的输入速度和输入加速度仿真曲线,验证了影响系数矩阵的正确性。同时利用速度、加速度和惯性力等全域性能指标,在同时考虑到机构杆件的尺寸、质量等因素情况下,分析1-RRS-3-SPS-1-PS机构的动力学性能,绘出上述指标的性能图谱,得到该杆件尺寸和动力学性能的关系变化趋势,同时也得到了所讨论的机构范围内性能较好的机构尺寸。利用Matlab软件对机构进行实体仿真,验证了速度、加速度和惯性力全域性能指标理论的正确性和可行性。

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。

具有2R1T和3R运动模式的并联机构综合

使用位移流形理论综合了具有2R1T与3R两种运动模式的并联机构。选取了一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,这种并联机构具有2R1T与3R两种运动模式。这种机构在两种运动模式的一般位形下,使用2个移动驱动副和1个转动驱动副实现对机构的控制。这种机构在两种运动模式的变换位形下,机构处于奇异位形,机构的自由度增加为4。支链2中配置1个辅助移动驱动副,支链2中的转动驱动副和辅助移动驱动副在机构运动模式变换时工作,实现并联机构在2R1T与3R两种运动模式之间变换。

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。