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。

三自由度并联机构(3SPS-3SRR)的运动学分析

针对一种3SPS-3SRR并联机构,运用符号法对该机构进行位置分析及运动学分析建模。构建动、静坐标系,通过矩阵转换对机构建立约束方程,运用sylvester消元方法进行消元得到机构单变元输入输出方程,求得机构位姿的封闭解;在此基础上,对机构建立运动学分析模型,得到了与机构运动相分离的Jacobian、Hessian矩阵,并通过此运动模型可以得到机构输出端任意点的速度及加速度。最后进行实例求解,验证本位置、运动学模型的正确性并通过matlab符号运算及绘图功能得到机构末端执行器的位姿、速度及加速度曲线。得出该求解模型准确、高效,该机构运动特性平滑的结论。

3-PCR并联机构的振动响应特性分析

当车辆运行路况恶劣,驾驶员不仅要承受振动的影响,还要承受严重的瞬时冲击力。为避开人体水平、横向及垂直方向上的敏感频率带,以及降低振动强度。首先,因减振装置的动力学模型为多自由度、多参数耦合且非线性复杂系统,利用矩阵变换法解耦,对有阻尼系统进行模态分析;然后,对三维减振装置进行振动响应分析,在动平台X、Y、Z方向上分别施加瞬时冲击力对系统进行仿真分析。仿真结果表明:该减振平台具有良好的减振效果,由于3-PCR并联机构三条支链相互耦合的原因,低频振动会维持一段时间然后再趋于稳定。

三自由度并联机构(3SPS-3SRR)的位置分析

针对一种3SPS-3SRR并联机构,运用符号法对该机构进行位置分析建模及求解。构建动、静坐标系,通过矩阵转换对机构建立约束方程,运用Sylvester消元方法进行消元得到机构单变元输入输出方程,求得机构位姿的封闭解。最后进行实例求解,得到该机构处于一般姿态的32组实数解,并使机构处于特殊位姿,将所得封闭解与预估解对比,从而验证该位置求解模型的正确性。基于符号法的3SPS-3SRR并联机构位置分析模型具有准确、高效的特点,规避了基于数值法的诸多缺点,对该机构的深入分析具有重要理论意义及实用价值。

基于Jacobian+RBF的3-PTT并联机构末端精确控制方法

为降低并联机构机械误差测量和补偿的难度,实现机构末端的精确控制,本文提出一种基于Jacobian和RBF神经网络相结合的末端误差补偿方法。以一种3-PTT并联机构为研究对象,分析机构正、逆运动学,验证数学模型的正确性。根据运动学模型解算Jacobian,分析机构约束奇异和运动奇异。为验证机构末端误差补偿方法的有效性,设置两种实验条件,分别为是否有丝杠的回程误差补偿和末端受不同负载,并通过激光跟踪仪测定末端位置。实验结果表明,使用本文的误差补偿方法后,机构末端轴向(x轴)、径向(y轴)位置误差均降低90%以上,竖直方向(z轴)位置误差均降低80%以上,证明了本文方法的有效性。

3-PUU并联机构的运动学分析与验证

为提升少自由度并联机构设计的效率和准确性,针对自主设计的3-PUU并联机构进行了理论分析和实验研究。首先,利用螺旋理论和修正的Kutzbach-Grubler公式分析了并联机构的自由度;同时,解算了并联机构的运动学正反解和雅可比矩阵,并基于雅可比矩阵分析了其约束奇异和运动奇异。然后,利用极限边界搜索法分析了并联机构的工作空间,并以雅可比矩阵条件数的倒数作为局部灵巧度来构造全局灵巧度,分析了并联机构的运动性能。接着,搭建了并联机构的ADAMS/Simulink联合仿真模型,基于给定的动平台运动方程,通过仿真得到了动平台位置的仿真曲线及误差曲线。最后,利用并联机构样机、PC(personal computer,个人计算机)、STM32单片机、伺服电机及激光跟踪仪搭建了实验平台,并测定了并联机构动平台的位置曲线。结果表明,该并联机构具有较大的可达工作空间且其运动性能较好;通过对比理论结果与仿真结果可知,所构建的并联机构运动学模型正确;动平台位置的实测值与理论值之间存在一定误差,主要原因是并联机构存在机械误差以及控制系统精度不足,但实测曲线与理论曲线的变化趋势基本一致,进一步验证了并联机构运动学模型的正确性。研究结果可为少自由度并联机构的设计提供参考。

斜面3D打印并联机器人的设计与分析

提出了一种新型的3RP-3RPR五自由度并联机器人,基于这种并联机构设计了一种具有多角度的快速反应3D打印并联机器人。首先基于螺旋理论分析机构的运动学特征,得出了机构的自由度并进行了验证;然后对并联机器人进行运动学分析,得出了机构的运动学正解和反解,再通过ADAMS软件对打印机构的运动进行仿真分析,得到了该打印机构的动平台运动曲线,结果表明该机构可以实现5个自由度的运动,且运动期间不会发生干涉;最后基于分层搜索法将运动学反解代入MATLAB软件得到了机构的位置和姿态空间,计算结果表明由于该机构结构的特殊性,工作空间较大,形状规则且无空洞。分析表明:此打印机器人可以在水平倾角较大的地方进行打印工作,该研究为机构的设计和此后的优化提供了理论依据。

3SPS-3PRS并联机构构型分岔特性

作为轴对称矢量喷管转向控制驱动机构的Gough-Stewart类并联机构,主要工作在奇异位置状态。在该位置,驱动平台能够获得一个绕其法线的自由转动,导致转向控制驱动机构的运动具有不确定性。为此,采用少自由度3SPS-3PRS并联机构限制该自由转动,通过对少自由度3SPS-3PRS并联机构的分岔特性研究发现,该并联机构存在尺度极限奇异位置,且输入参数的取值对由尺度极限奇异位置决定的并联机构的工作空间影响较大。对于给定的矢量状态要求,3SPS-3PRS并联机构的输入参数变化范围有可能超出由尺度极限奇异位置确定的工作空间,导致3PRS运动链产生较大的约束内应力,同时并联机构的工作空间跨越奇异位置使得动平台在通过奇异位置后的构型具有不确定性,因此该并联机构的运动奇异性问题依然存在。

基于3-PCR并联机构汽车座椅减振装置的构型设计与工作空间分析

针对汽车驾驶员长期处于低频高强度全身振动的难题,提出以3-PCR并联机构作为汽车座椅减振装置的主体机构,其结构简单、工作空间大。首先,利用机构拓扑结构学理论对3-PCR并联机构进行自由度分析;然后,建立3-PCR并联机构的运动学模型,推导上下平台位姿之间的数学关系;最后,在Matlab软件中采用极限边界搜索法求解工作空间。

3-PSS柔性并联微操作机器人柔度分析

柔度矩阵建模是进行全柔性机构分析的基础。针对3-PSS型柔性并联微操作机器人,首先基于坐标变换法计算机构单条支链柔度矩阵,并基于此建立机器人整体柔度矩阵模型。然后进行数值算例计算和Ansys有限元仿真分析,并将理论计算结果与有限元分析结果进行对比,验证了柔度矩阵建模的正确性。最后对柔性并联机器人进行了柔度性能分析,并得出了机构的结构参数对柔度的影响规律,分析结果对3-PSS型柔性并联机构的结构优化设计提供了依据。

基于牛顿欧拉法的3-RPS并联机构逆动力学分析

以3-RPS机构为例,研究了对称少自由度并联机构的逆动力学问题。因其自由度数目小于6,该类机构的支链不仅传递驱动力,同时还需为动平台提供约束。然而,现有文献大多未对广义约束力给予足够的重视。采用牛顿欧拉法建立了3-RPS机构的刚体动力学方程,给定动平台的运动规律及外载荷后,可一并求解机构所需的驱动力与约束力矩。算例仿真表明,与动平台自由速度方向不一致的外载荷主要需由约束力矩平衡。因此,在对称少自由度并联机构动力学设计中,必须计入广义约束力的影响。

3SPR并联机构运动学分析"

针对一种3-SPR并联平台机构,依据机构的数学模型建立了机构的位置逆解模型,在此基础上推导出各支链的速度映射模型,通过算例和运动学仿真软件CosmosMotion的仿真结果对比分析验证了该速度模型正确有效,并通过利用SolidWorks软件进行虚拟机构的建模,对其工作空间进行仿真,得到机构工作空间的几何形状。

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型。采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解。利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿。通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性。

新型3自由度并联机构运动性能及精度分析

混联机构结合了串、并联机构的优点,已经越来越多地应用在复杂自由曲面零件的加工装备中。提出一种能够实现一个移动和两个转动的3自由度并联3-PSP机构,同时该机构存在伴生运动。通过对3-PSP机构运动模式的分析,简化传统的欧拉角描述方式,采用更适合的倾斜—扭转角描述动平台的运动。在此基础上,建立运动学模型,进行包括伴生运动和被动关节变量的完整运动学求解。基于运动学分析,对3-PSP机构的关节行程、速度特性和精度特性进行分析,证明该机构完全适用于混联结构中的并联模块,并能够满足航空、航天、汽车等领域复杂零件的加工需要。

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-RSR并联机构的微分运动学及动力学分析

对3-RSR并联机构的微分运动学及动力学进行了分析,根据支链的结构特征建立了动平台的运动约束方程,以此为基础导出了3-RSR并联机构封闭形式的速度和加速度公式.通过在球铰处将机构拆开,并利用支链上部杆件及动平台与支链上部杆件组合运动链的力和力矩平衡关系确定了球铰处的约束力.最后,由支链下部杆件的力矩平衡关系得到主动关节驱动力矩的解析表达式.

3自由度RPS并联机构的工作空间分析

给出了不同机构工作空间的概念.定义了由灵活特性,即雅可比矩阵的条件数决定的灵活工作空间,作为可达工作空间的子空间,并且分析了RPS型并联机构的灵活工作空间.给出了当坐标参数变化时,不同的工作空间的变化图.

飞机装配中基于3-RPS的并联机构法向调整算法

在飞机壁板柔性装配和钻铆时,采用典型的3-RPS并联机构进行自动调姿,该机构的末端执行器要求钻铆头沿孔位处的蒙皮法向进给。为了解决该法向调整问题,先对3-RPS并联机构动平台位姿进行建模描述,再在此基础上提出法向调整的求解算法。结合实例说明了该算法完全具有实际工程应用能力,且该法向调整算法还可以推广应用于定位、调姿等飞机数字化制造及装配工作中。

3-RPS并联机构运动与静力特性分析

对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。

球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制

采用Lagrange方法建立球面3-RRR并联机构基于动平台姿态参数的动力学模型。考虑在计算过程中采用线密度、厚度忽略等近似计算及工作过程中机构的磨损等微小变化造成的参数不确定性,进一步建立带参数不确定性的动力学模型。针对其在振动测试中的重复性动作等特点及参数不确定性设计鲁棒-自适应迭代学习控制器,并对此控制器进行稳定性证明。该控制器利用自适应算法对未知定常数的强大学习能力来补偿系统动力学模型的参数不确定项;利用迭代学习算法对期望轨迹进行零误差重复跟踪。由于该控制器吸取了系统动力学模型的已知信息,避免了一般模型未知系统迭代控制时必须满足的Lipschitz约束条件。仿真结果表明,在此控制器的作用下球面3-RRR并联机构能够很好地重复跟踪期望轨迹。