变驱动布局5R机构选型设计与实验

提出了变驱动布局的平面5R机构的选型设计方法,对其进行运动学分析,利用几何法建立了不同驱动位置的工作空间图谱,并提出了跟踪运动轨迹搜索可达工作空间的方法,为纸箱定制封装机构的构型应用提供了优选依据。通过分析纸箱摇盖折合的工艺流程,选择两个驱动电机轴线重合的5R机构,作为摇盖折合的手指机构原型。通过运动仿真提取了驱动电机的运动参数,将拟合的解析函数输入手指机构的控制程序中,经实验验证,实现了纸箱摇盖折合的预期运动轨迹,表明该手指机构运动具有良好的可控性。在此基础上,设计了一种区别于生产线作业的可重构纸箱包装机,通过装置模块结构的重组和控制程序重构,末端执行器的运动输出柔性可控,完成了不同尺寸规格纸箱的包装、胶带十字封装工作。

可调球面5R机构多任务轨迹综合的遗传算法优化

针对球面多任务轨迹综合问题,提出了一种基于遗传算法进行优化的可调球面5R机构求解方法。通过对5R机构的位姿分析,以机构实际实现轨迹曲线与给定任务曲线之间的位置误差最小为目标函数,建立了轨迹综合优化的数学模型。给出了应用遗传算法求解问题的编码,解码方法及选择和变异的方式,通过适应度函数的评估寻求最优解。并给出数字实例验证其有效性。

基于位置分析的可调球面5R机构可视化软件开发

针对一个可调球面5R机构,建立了基于符号表示的位置正解数学模型,在此基础上开发设计由Delphi制作界面、Matlab实现计算功能的可视化软件。通过Matlab与Delphi的接口技术,将Matlab强大的科学计算功能与Delphi强大的可视化开发环境功能相结合,实现Delphi语言调用Matlab引擎、Delphi和Matlab程序进行数据交换,使Delphi语言开发的软件具有更加强大的数据处理功能。并通过实例分析,验证了位置正解数学模型的正确性、可调机构的合理性和软件的可行性及优越性。

一种5R机构的圆弧轨迹控制方法

根据5R机构末端执行器在运行过程中对位置和速度方面的要求,提出一种圆弧轨迹控制方法,采用时间分割和数字积分原理,加入均匀加减速,结合运动学分析实现5R机构末端执行器的圆弧轨迹控制。通过仿真与实验相结合对其进行验证,结果表明该圆弧轨迹控制方法能够满足5R机构末端执行器在运动过程中的位置精度要求,且对其运行速度进行了控制,使驱动电机能够输出均匀脉冲,机构末端执行器运行平稳,满足5R机构末端执行器在运动过程中的速度要求。

基于5R并联机构的二自由度树冠振动装置设计与试验

振动式采收是一种高效的林果机械化采收形式。在现有的激振形式中,非圆周激励可以使果树产生有效的振动,实现整体采收效果。为进一步提高果实的采收效率,针对非圆周激励中不同类型旋轮线轨迹进行深入研究。通过SolidWorks、ANSYS、ADAMS等软件建立果树柔性体模型。将不同轨迹参数的旋轮线位移载荷导入ADAMS,施加于果树模型激振点。比较不同轨迹的旋轮线位移载荷下果树模型的振动响应,确定3支线1号外旋轮线轨迹E为最优激振轨迹。根据最优激振轨迹,设计了由平面5R并联机构驱动的二自由度树冠振动装置。以油茶树为激振对象,确定频率6 Hz、振幅90 mm为激振参数,设计并搭建样机进行试验。试验结果表明,7×7交错分布的激振杆布局方式的激振效果最优,该布局下树冠平均合成加速度响应为22.38 m/s^(2),激振加速度传递效率为77.63%,验证了二维激振轨迹的有效性。

传递空间最大化的球面5R并联机构尺度优化

以2自由度球面5R并联机构为研究对象,应用教学优化(Teaching-learning-based optimization,TLBO)算法求解机构尺度优化设计问题。首先,采用坐标变换法推导机构位置反解方程,再以传动角为机构运动或力传递性能评价指标,进而给出球面5R并联机构的优质传递工作空间(Good transmission workspace,GTW)定义和数值计算方法。以最大化GTW面积为目标,建立机构尺度参数约束优化模型,并用TLBO算法求解该问题。结果表明,文中给出的优化模型和算法是可行有效的。

球面5R并联机构的动力学建模及动载分配优化

在动载条件下,为实现并联机构驱动器低能耗、平稳地运行,针对一种球面5R并联机构,对其进行动载分配优化。首先利用矢量法得到了机构的运动学正反解,考虑重力、外力和各构件惯性力的作用,采用拉格朗日方法和虚功原理建立了球面5R并联机构的动力学模型,并对机构的数值算例进行了动力学仿真验证,结果表明:理论值与仿真值的最大误差为1.3%,验证了动力学模型的正确性。然后,基于动力学模型,考虑驱动器输出功率和力矩因素,定义了机构的多目标优化函数,采用B样条插值法规划轨迹,并用归一化加权求和法优化求解该机构的最优轨迹。最后,通过数值算例,验证了优化方法的可行性,且优化结果表明:功率峰值降幅为分别为11.77%、48.75%,力矩峰值降幅分别为0%、51.17%,速度峰值降幅分别为20.97%、8.1%。说明该优化方法可以有效降低驱动器输出峰值,使得并联机构驱动器运行平稳,且该优化方法也适用于其他并联机构。

基于5R并联堆垛机构的运动学分析与示教再现

研究了一种基于5R并联堆垛机构的运动轨迹智能控制的设计方法.该方法通过对5R机构控制系统和逆运动学的分析,给定5R机构2个步进电动机的位置,从而确定连杆末端执行件的位姿,通过使每个电动机角度变化之差平方和最小的方法来解决求运动学逆解时唯一的连杆执行件轨迹点并不能确定唯一的2个步进电动机位姿的问题.示教再现方法很好地解决了5R机构的智能控制,可以减少编程工作,提高堆垛工作效率.

大工作空间5R平面并联机构的正逆互解验证实验研究

针对平面两自由度并联机构工作空间小的不足,提出一种变驱动布局大工作空间5R机构。在运动学分析基础上,利用Solid Works软件建立并联机构的三维运动学仿真分析模型,在Motion分析环境中改变原动件的运动参数,求解出并联机构的运动轨迹及其可达工作空间,完成其正解分析;另外,搭建并联机构的运动学实验平台,在Solid Works软件中画出给定轨迹,利用Solid Works软件逆解得出两伺服电机各时刻的转速,结合运动控制函数,编写上位机运行程序,通过PCI-DMC-F01运动控制卡对伺服电机进行控制,使末端执行器按照预期轨迹运动。实验轨迹、工作空间与正逆解结果一致,实验表明5R机构正逆互解的正确性和可行性,并在此基础上给出了大工作空间并联机构的应用实例。研究工作对拓展5R并联机构的工程应用具有参考价值。

考虑运动副间隙的平面5R并联机构动力学分析

以平面2自由度5R并联机构为研究对象,考虑运动副间隙,完成了动力学建模及分析。首先建立系统几何约束、速度和加速度约束方程,并对含间隙运动副进行详细的几何描述和力学描述。采用牛顿-欧拉方法建立了系统的动力学方程。采用Baumgart稳定算法求解系统运动方程组。针对具体的操作任务对机构末端运动轨迹进行了规划。分析结果表明,理想5R机构能够很好完成快速操作任务,而运动副间隙的存在降低了机构的运动精度和动态性能。

可适应多规格浅盘型纸盒插舌包装机的设计

目的设计一种应用于多规格浅盘蛋挞纸盒包装的包装机,以实现适应多规格浅盘纸盒的自动包装。方法基于浅盘纸盒的折叠工艺流程,将纸盒襟片、侧板、盖板的折叠运动轨迹等效为各面板沿折痕转动的运动模型,设计能适应不同规格浅盘纸盒包装的插舌包装机。将同轴布局5R机构作为盖板折叠装置,利用同轴布局5R机构运动轨迹的多样性及运动可控性,控制其末端输出运动轨迹,实现2粒、3粒、4粒、6粒规格浅盘纸盒的襟片、侧体板、盖板的折叠及插舌。结果样机有效工作空间为300 mm×200mm×50 mm,能够对外形尺寸在145 mm×78 mm×35 mm到230 mm×152 mm×37 mm的浅盘纸盒进行折叠插舌,纸盒完成折叠时间约15s。结论可以完成多种规格蛋挞纸盒的包装工作,实现了浅盘型纸盒折叠自动化包装;包装机占地面小、运动柔性可控,能快速适应规模定制产品的需求。

一种仿人肩关节的运动学和工作空间分析

针对人体肩关节的结构特点,提出了一种以球面5R并联机构为原型的仿人肩关节。通过Paden-Kahan子问题思路,推导出了该并联机构的位置反解。基于螺旋理论和指数积公式,并结合直接法和虚拟机构法,给出了少自由度非对称型并联机构的运动学分析方法,得到了该并联机构的速度雅可比矩阵。应用多参数的迭代抽样优化方法,分析了工作空间评价指标与结构参数之间的关系,同时考虑加工装配工艺,最终选取了一组较合理的结构参数。研究结果表明:所提仿人肩关节结构紧凑、工作空间大,且符合人体肩关节活动特点。