五自由度混联机器人优化设计与运动学分析

为提高农业自动化程度,拓宽并联机构在农业工程领域的应用,提出一种存在连续转轴、关节数目少、易于控制的两移一转运动冗余平面并联机构,该并联机构任意位置的转轴均为相互平行的连续转轴,使其具备良好的灵活性。基于此平面并联机构,构造出了多种五自由度混联机器人,首先建立了五自由度混联机器人的运动学模型,并对其进行了奇异分析,给出了减少机构奇异位型的条件;然后基于灵活性指标,对并联机构进行了尺寸优化,绘制了用于选取结构尺寸的性能图谱,且借助有限元软件对基于优化所得结构尺寸绘制的具有运动冗余特性的平面机构进行了结构拓扑优化,,完成了整体结构优化前后的静力学分析与对比,结果显示优化前后整体变形仅增大0.51%,优化前后机构优化部分的质量减少33.02%,满足机构变形要求。该混联机器人具有结构简单、运动学模型简单、结构刚度高和模块化程度高的特点,且其结构的变胞性有助于实现机构运动和驱动冗余模式的切换,增强了机器人的可研究性。该文可为混联机器人运动学分析及优化设计提供参考。

混联仿生机器狗构型研究

仿生机器人研究是机器人学研究的热点之一,由于多年的进化,生物的各关节运动一般难以用机械结构完全实现。为克服目前仿生机器人普遍存在的刚度低、肢体功能弱等不足,以机器狗为研究对象,结合狗的基本行为特征和各关节的生理结构,将各关节的主要功能进行排序,并提出重要性/权重法作为机器狗设计中简化各运动关节的依据;据此分别运用并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ、RGRR-Ⅱ以及单自由度转动机构设计机器狗的各关节,并构造出24自由度的混联机器狗。所设计的混联机器狗具有结构简单、制造容易、刚度强、控制便捷、肢体运动灵活等优点。此研究思路和方法,对其他类型的仿生机器人设计有借鉴作用。

RGRR-Ⅰ构造混联5RP机器人

运用2个并联双自由度转动关节(RGRR-Ⅰ)、1个移动副(P)、1个转动副(R)构造混联5RP机器人,建立机构末端执行器空间位姿与各关节运动输入参数之间的关系,将混联5RP机器人的求解转化为各串联关节之间的求解,以简化求解过程,运用此方法对混联5RP机器人的正、反解进行分析,并得到其解析解.

一种2自由度胸鳍推进机构设计与动力学分析

以箱鲀为仿生对象,设计了一种两侧胸鳍对称布置,单侧2自由度胸鳍能够实现摇翼运动、前后拍翼运动以及两者复合运动的仿生机器鱼,建立了其利用"划水模式"推进的水动力学模型,通过数值方法给出了胸鳍摆动周期、幅值以及初始角的变化与直线游动速度之间的关系,实验结果验证了其有效性.在此基础上,确定了所设计仿生机器鱼采用"划水模式"推进时的直线游动模态.研究结果表明,胸鳍"划水模式"推进的仿生机器鱼具有较高的效率和运动速度.