Delta机构的闭环自标定方法研究

提出了一种无需外部位姿测量设备的Delta 机构闭环自标定方法.该方法用一种简单的锁紧装置依次轮换锁紧机构的某支链平行四边形架,同时将Delta 机构改造成2自由度的空间机构.根据冗余支链的传感器输出与标称模型输出的差别来辨识机构参数误差,并将误差传递雅可比的条件数和奇异值的综合值作为标定点集的选取原则,使标定过程对噪声不敏感,有效地提高了标定的精度.实验研究结果表明, 标定前、后的模型误差最大值的比值为9 6,即机构的精度提高了近10 倍,而重复定位误差小于0 07 mm.

Delta机构伺服系统模型参考自适应建模

为了获得Delta机构伺服系统的低阶数学模型,提出了基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应建模方法,将机构单条运动链看做一个整体作为被控对象,以动态特性优良的二阶系统作为参考模型,通过试验使可调系统和参考模型达到精确匹配,最终推导出Delta机构伺服系统的低阶模型。为考察试验所得低阶模型和实际伺服模型的逼近程度,对两模型在16 s内连续输入4 000个脉冲信号时,两模型输出相差在±0.000 126弧度以内,证明所得模型具有较高的精确度。

基于DELTA机构的堆垛机器人

介绍了一种基于ＤＥＬＴＡ机器人机构的堆垛机器人设计。这种堆垛机器人和同等规格的串联机器人相比，具有高刚度、高精度和低机动质量等特点，适合于高速堆垛及搬运等操作。此设计还具有其他一些潜在应用。讨论了ＤＥＬＴＡ机构的奇异形位和运动学逆解等。

新型三维平移自由度Delta机构准零刚度隔振平台及特性

为实现空间三维低频隔振,提出一种具有空间三维平移自由度的新型Delta机构,并以此为基础,演绎成为具有负刚度特性的并联机构,然后并联正刚度的竖直弹簧,得到一种新型三自由度并联机构准零刚度隔振平台。通过建立隔振平台的静力学和动力学模型,分析其动平台在不同空间坐标位置时各自由度方向上的刚度特性和固有频率。结果表明:隔振平台在水平方向上静力学特性呈线性关系,且仅与水平方向位移有关;在竖直方向具有准零刚度特性,可获得较低的固有频率,且仅与竖直方向位移有关,当动平台偏离平衡位置,零刚度特性不再明显。对隔振平台是否引入具有负刚度特性并联机构进行竖直方向固有频率测试,测试结果验证了引入负刚度特性并联机构的隔振平台可大幅度地降低系统在竖直方向的固有频率。

基于Delta机构的冗余驱动三维平动并联机构研究

结合Delta机构的优缺点提出了一种新型的基于Delta机构的冗余驱动三维平动并联机构,该机构在成熟的Delta机构上增加X、Y方向两个平动自由度,从而在充分利用Delta机构高速高精度的特点的基础上,扩大机构的工作空间,扩大Delta机构在工业领域的应用范围,包括PCB插件、货物堆垛、3D打印等。通过样机初步试验表明该机构整体运动平稳,机构末端元件运动速度高,但在运动过程中出现了一定程度的振动,这在一定程度上影响机构末端元件运动精度。

移动副驱动的Delta机构工作空间分析及机构优化研究

针对在给定的设计要求下,确定移动副驱动的Delta机构的最优结构参数的问题,对该机构的约束方程、位置正解反解、工作空间、机构的雅克比矩阵等方面进行了研究。在机构的结构分析的基础上,采用了解析法和搜索法对工作空间进行了研究,并取工作空间的内切圆柱体作为设计空间,推导出了工作空间的度量参数与结构参数的关系。然后通过支链矢量图推导出了该机构的雅克比矩阵,获得了该矩阵的条件数的分布情况,并通过取条件数在工作空间的积分来评价机构的操作性能。最后在给定设计要求下,通过进行机构优化确定了最优的结构参数。研究结果表明,可利用工作空间度量参数和雅克比矩阵的条件数积分进行机构优化以满足对该机构工作空间和操作性能的设计要求。

改进型Delta并联机构误差建模及灵敏度分析

以改进型Delta并联机构为研究对象,为提高其动平台中心处末端执行器的位置精度和探究各种误差源对位姿误差的影响程度,采用矢量法建立机构的运动链矢量方程,通过对该方程中变量进行一阶线性摄动,从而构建该机构各种尺寸和姿态误差与机构末端执行器位姿误差的误差映射模型;通过对建立的误差映射模型进行灵敏度分析,可以利用具体数值直观地衡量各个误差源对机构末端位姿误差的影响程度。此研究成果对该机构的运动位置精度设计有指导意义。分析表明,主动臂的姿态误差对机构末端执行器误差影响较大,而构件的杆长误差对机构运动精度影响较小。

改进Delta并联机构运动可靠性分析

运动精度是评价机构质量的重要考核指标。以往并联机构运动精度分析中,往往不考虑输入误差的随机性,造成评价结果不准确。首先应用齐次坐标变换,推导了改进Delta并联机构的位置反解公式。基于位置反解和一阶泰勒展开,建立了包含机构尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的机构位置误差计算模型。利用该误差模型,考虑各个原始输入误差的随机性,推导了机构运动可靠性数学模型,给出了评价机构运动可靠性高低的量度和计算方法。运动可靠性是机构运动精度高低的更本质的衡量指标。运动可靠性分析是机构优化设计和误差补偿的基础。

考虑杆件弹性变形的改进型Delta并联机构刚度特性分析

基于传统的机构刚度映射矩阵,建立了改进型Delta并联机构的刚度模型。模型不仅考虑了驱动铰链刚度和外载荷对机构刚度的影响,还考虑了构件重力和在约束力下杆件弹性变形对刚度的影响,更具有一般性和精确性。由于用刚度矩阵来评价机构刚度性能不够直观,提出了以机构弹性变形来评价机构刚度特性的方法。利用虚功原理计算出机构各个约束铰链上静态约束力,利用叠加原理计算出每个杆件约束反力和重力作用下的弹性变形量。然后,通过坐标变换法计算出机构的综合弹性变形量,进而分析了机构的刚度特性。

一种Delta变形机构及其基于工作空间分析的尺度设计

根据基于方位特征集(Position and Orientation Characteristics,POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和方法,提出一种Delta变形机构2-R//R//P(4R)//R茌1-RSS,记为:Delta-CU;并证明该机构能实现三平移输出运动;同时导出了其位置逆解求解方程;进一步针对动、静平台圆周半径之差(R-r)及与主动臂l1、从动臂长l2三者大小关系,分3种情况进行分析讨论,得到了在满足工作空间最大时,杆长(R-r),l1与l2之间的最佳匹配关系。Delta-CU机构具有结构简单、加工装配维修容易等优点,可替代Delta机构。文中研究为Delta-CU机构的尺寸优化、样机设计及其动力学分析奠定了基础。

Delta并联机构正向运动学标定方法研究

为提高Delta操纵机构位置测量精度,提出了一种离线参数辨识标定方法。根据机构结构和运动学模型,对影响操作端精度的各项误差源进行分析,建立了含误差参数的正向运动学模型;通过分析各项误差源对操作端位置误差的影响,发现12项装配误差对操作端的位置影响较大,提出对运动学模型中的装配误差进行参数辨析,以此修正正向运动学模型;试验结果表明,标定后的Delta机构提高了位置重复测量精度。

改进型Delta并联机构连续刚度映射

基于机构势能的Hessian矩阵定义机构的刚度矩阵,建立了改进型Delta并联机构的连续刚度模型.这种模型与以往刚度模型区别在于,它不仅考虑了驱动铰链、被动铰链刚度和各个部件重力对机构刚度的影响,还考虑了机构位形变化和在广义外力下各个杆件弹性变形对刚度的影响,所以该映射模型更具有一般性和精确性.最后结合刚度矩阵瑞利商定义了并联机构刚度性能判定指标λ,通过刚度性能判定指标λ在工作空间不同位置和不同受力情况下的分布,对改进型Delta机构的刚度性能进行分析和讨论.

Delta型全方位推进器调距机构设计与分析

全方位推进器通过调距机构使叶片螺距角发生周期性调整,进而产生全方位推力,它能够给水下机器人提供很好的操纵性以便高质量地完成水下勘测任务。文中提出了一种新型的Delta型偏心盘调距机构,它由两个Delta并联机构和分布在3条支链上的3个空间四杆机构组成,通过Delta机构控制偏心盘的3个移动自由度来实现叶片螺距角的周期性调整。此调距机构具有刚度大、运动精度高、动力学性能优良、质量轻、结构紧凑、空间布局合理的优点。采用矢量法与几何法相结合的方法对调距机构进行了位置正反解,分析了偏心盘的运动区间和叶片螺距的可调范围,验证了叶片螺距角周期变化规律为简谐规律,并建立了预设叶片螺距变化规律与偏心盘位移之间的关系。

基于Monte Carlo法的改进型Delta并联机构运动可靠性分析

建立了改进型Delta并联机构的运动位置误差模型,模型不仅考虑构件几何误差,而且在机构动力学研究基础上考虑了的机构主动关节刚度和杆件弹性变形误差因素。结合MATLAB软件生成伪随机变量作为机构可靠性分析的随机抽样试验参数。当机构按某运动规则运动时,利用Monte Carlo法采用点评价方式,得到不同运动时刻机构的运动位置可靠度和机构末端误差的均值和方差。通过对不同误差模型可靠度数据对比,发现机构主动关节刚度和杆件弹性变形误差对机构可靠性的影响不可忽视。

机构约束条件下Delta机器人工作空间建模与计算方法

为了简单快捷地计算带有机构约束的Delta并联机器人的工作空间,提出一种新的Delta并联机器人工作空间的数值算法,并在算法中加入了球铰、万向节等机构约束对Delta型并联机器人工作空间的影响。首先建立Delta并联机器人工作空间计算的理论数学模型,然后建立球铰、万向节机构的角度约束数学模型,最后利用MATLAB编程求解并用离散点作图表示以及进行实验验证。利用该算法可以计算带有机构约束的Delta并联机器人的工作空间,通过对自主开发的Delta并联机器人的操作分析,验证了该方法的有效性。

Delta型煤矸分拣机构的静力学分析与仿真

针对Delta型煤矸分拣机构在抓取矸石过程中需克服冲击力问题,提出了一种静力学分析方法。采用D-H参数构建该机构的运动学模型,进而应用螺旋理论和微分流形求解末端动平台的完整雅克比矩阵,得到了包含杆件间驱动力和约束力的完整力空间。在MATLAB中求解出驱动力的力矩曲线,通过与ADAMS中的仿真数值对比,验证了静力学分析方法的正确性。

基于旋量的Delta并联机构位置反解

任意刚体运动都可用螺旋运动来表示,通过螺旋运动的指数矩阵可以实现刚体上任意一点运动前后的坐标变换。鉴于Delta并联机构的特殊几何结构,可以建立其一运动节点前后位置变换的方程。在这个方程中,体现出主动构建的运动的转角。解得主动件转过的角度从而实现对Delta并联机构的位置反解。

改进型Delta并联机构的弹性变形分析与仿真

利用机构外载荷作用下势能Hessian矩阵定义改进型Delta并联机构的刚度,并建立考虑机构形位变化和外载荷作用下各构件弹性变形的机构刚度映射模型,进而利用该模型得到不同运动位姿和不同外载荷下,机构末端的弹性变形。同时,结合ADAMS软件的ADAMS/flex模块产生柔性体,通过替换原有的刚性体为柔性体,建立改进型Delta并联机构刚柔混合体虚拟样机,借助虚构件实现添加驱动和各个构件之间的运动副,最后仿真出不同位置和外载荷条件下机构的弹性变形,从而实现相互验证上述理论计算和仿真的正确性。

改进型Delta并联机构的动力学分析及仿真

以三自由度平动并联机构为研究对象,列出机构的速度雅克比矩阵,计算出了动平台和各个构件的速度、加速度;利用虚位移原理推导出机构的动力学方程;通过把拆杆法、虚位移原理及牛顿-欧拉方法结合起来,提出求出机构运动副约束力的新方法。理论分析表明,以上方法形式简单、计算量小、不需要考虑耦合影响。用ADAMS软件建立该机构虚拟样机,并作了动力学仿真,仿真结果验证了理论计算的正确性。

Delta型并联机器人运动学正解几何解法

并联机器人运动学正解的封闭解问题到目前为止没有得到全面解决 ,常用的解决方案是采用基于代数方程组的数值解法 ,该方法不足之处是推导过程复杂 ,实际应用过程中存在多解取舍的问题 .为此运用空间几何学及矢量代数的方法建立了三自由度Delta型并联机器人的简化运动学模型 ,求解并联机器人运动学正解 .与基于代数方程组的求解方法相比 ,推导过程简单、直观 ,回避了并联机器人运动学正解多解取舍的问题 。