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 。

3自由度Delta型并联机器人控制系统设计

针对康尼公司设计的3自由度Delta型并联机器人机械本体样机,提出了一种基于PC机和运动控制卡的控制系统设计方案;在Windows操作系统下,基于PCI1040运动控制卡和Visual C++6.0软件,开发了3自由度Delta型并联机器人控制系统平台。通过编写实验程序对机器人进行了试运行,实验结果证实了该控制系统满足稳定性、准确性和简单易操作要求。

Delta并联机器人运动学性能分析与结构参数优化

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩阵条件数分布规律、结构参数约束关系、运动学性能随结构参数的变化规律及相关性,获得条件数分布特性和失真约束条件,在此基础上得出动静平台半径差和主动臂长度增加和从动杆长度减小能够使得机构性能较优。给定设计工作空间,对原结构进行参数优化设计,通过建立包络惩罚函数,采用多元非线性拟合与线性加权组合法得到运动学性能评价函数,结合条件数分布特性和失真约束条件建立优化模型,利用遗传算法进行优化。相较于优化前,优化后可达工作空间体积减小14.26%,设计工作空间的全局条件数均值和全局条件数标准差分别减小31.20%和11.78%,且设计工作空间各截面条件数分布规律验证了条件数分布特性的可靠性。

可重构解耦并联移动机器人构型综合及性能分析

为提高机器人承载能力,减少驱动电动机能量消耗且使轮腿模式切换平稳高效,提出了一种可重构解耦并联移动机器人构型,并对其进行了构型综合研究及解耦性和奇异性分析。根据机器人机械腿期望自由度,综合出4种主运动支链;基于螺旋理论的去约束法,综合出58种约束支链;基于螺旋理论的虚拟链法,综合出3R球面并联机构作为机械腿承载支链。随后,给出两个机器人实例。以其中一个机器人为例,建立输入-输出方程,分析了机械腿解耦性;通过反证法,验证了可重构单元的奇异位形,并基于Grassmann线几何判断出奇异类型。最后,分析了承载支链的奇异性对于机械腿运动输出的影响。结果说明,机器人机械腿采用并联支链构型,具有较强的承载能力;机器人基于约束奇异方式实现轮腿切换,可使得切换动作更加平稳;机械腿的可重构性可使得驱动电动机能量消耗减少;机械腿各驱动相互解耦,降低了控制难度,使得机械腿轮腿模式切换更加高效。

基于3-RRS并联机构的颈椎矫形机器人运动学适配

目的针对慢性颈痛患者康复需要,分析颈部运动学特性,设计基于3-RRS构型的颈椎矫形机器人,以适配患者颈部运动和辅助发力。方法招募慢性颈痛患者和健康受试者,分析颈部屈伸、侧屈、转动、环绕的运动特性,对比颈痛患者与健康组差异。3-RRS并联机构运动学分析,改变三支链转动轴线交点的空间关系,对比不同布局对工作空间影响,特别是平移自由度耦合的影响,并探讨与颈部运动的异步特性。根据颈部运动学特征,个性化设计机构学参数,优化人机适配性。结果不同受试者同一动作最大运动范围不同;颈部运动不仅是多维环转运动,同时伴随某些方向平动;颈痛患者与健康组表现不同,常表现为更小运动范围伴随异常平动。采用仅两轴线共交点或均不共交点布局,机器人末端可多自由度转动并耦合平动;改变机构学参数,转动平动范围改变。基于3-RRS构型设计颈椎矫形机器人,可实现转动平动耦合运动,具备良好人机适配性。结论颈部运动为多维转动耦合平动,范围因人而异,且颈痛患者存在差异;颈痛辅助治疗需顺应颈部运动,反之效果不佳,运动范围及自由度不适不仅限制运动甚至引起损伤;基于3-RRS设计颈椎矫形机器人人机适配性好,且范围可调,为慢性颈痛治疗提供新的康复治疗手段。

Delta型并联机器人的位姿误差模型建立与求解

为分析Delta型并联机器人的运动学参数误差对绝对定位精度的影响,建立和求解了位姿误差模型。将并联的传动支链拆分为串联机构,利用D-H变换矩阵求解出运动学模型,将从动臂的微转角引入D-H变换矩阵中,再根据动平台中心位姿误差的唯一性,求解得到用线性方程组表示的位姿误差模型。将某实际Delta型并联机器人的减速器安装端面的角度误差进行模型分析,验证了模型的可靠性。该模型可为Delta型并联机器人的后续精度分析和误差补偿提供分析工具。

6-UCU并联机器人轨迹规划研究

针对并联机器人笛卡尔空间内位姿插补的轨迹规划问题,设计了一种基于S型速度曲线的笛卡尔空间直线、圆弧与四元数相结合的位姿插补算法.归纳了采用数值法求解6-UCU并联机器人反解的计算步骤,分别对直线、圆弧的位置插补以及基于四元数的姿态插补进行数学推导;分析了7段S型的速度策略,并利用归一化时间算子的方式求出了位置插补与姿态插补相结合的齐次变换矩阵;通过Simulink进行仿真验证.结果表明:该算法可以成功被应用在并联机器人上,运用该算法的并联机器人动平台的几何中心点速度、加速度均满足S型加减速变化规律.该算法能够降低对并联机器人末端执行器的机械柔性冲击.

直线型DELTA并联机器人控制研究

针对一种直线型DELTA并联机器人,研究了其模型构建与运动控制方法。介绍了一种直线型DELTA并联机器人的基本结构。根据其基本结构建立了完整的模型示意图,利用几何约束关系得到其运动学模型。在Matlab中求得运动学正、逆解,并利用M语言编写三维动态仿真程序来验证结构设计及对其运动学分析的有效性。利用C++语言将运动学函数封装成动态链接库文件供控制程序调用,采用Qt设计控制程序成功实现规划轨迹控制。仿真及实验结果验证了建立的直线型DELTA并联机器人模型的合理性及控制程序设计的有效性。

直线驱动型Delta并联机器人运动学研究

与旋转驱动型相比,直线驱动型Delta并联机器人具有更大的工作空间和更好的结构刚度,但其运动学分析算法研究较少且复杂。针对上述问题,本文在简化直线驱动型Delta并联机器人运动模型的基础上,提出基于坐标关系的运动学问题求解算法。首先简化直线驱动型Delta并联机器人结构,并进行结构建模;然后设定空间坐标系,将机器人的结构关系转化成坐标关系;最后根据其坐标关系,建立三元二次方程组,求解运动学关系。其中,方程组多解取舍问题可通过约束条件的限制有效解决。实验结果表明,本文算法简单合理、鲁棒性好,使用价值高。

Rostock型Delta并联机器人的运动学研究

对于Rostock直线驱动型的Delta并联机器人结构,目前大多数学者是通过几何法进行运动学分析,但是这种方法建立的模型无法直观地表达出各关节的转角,使用的D-H参数法则可以很好的解决这个问题。根据这种机器人结构的特点进行结构化简,并使用D-H参数法建立这种机器人结构的运动学模型,随后对该模型进行实验验证,并建立雅可比矩阵,为后面的动力学分析打下基础。

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。

基于单开链单元的三平移并联机器人机构型综合及其分类

以单开链支路为单元,揭示了并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了三平移并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到33个机构,并进行了分类。其中29个机构为首次给出。提出的三平移并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义,并已用于其他运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。

并联机器人机构新构型设计的探讨

主要探讨并联机构的新构型 ,针对现存并联机器人机构的种类、分布特点和技术不足以及应用需求 ,提出一种新型的把空间移动和转动结合起来的 3自由度完全并联机构构型 ,并分析了它的设计思想。该并联机构可广泛应用在工业机器人、飞行模拟器、微动机器人和并联机床等领域。

基于单开链单元的三平移一转动并联机器人机构型综合及分类

以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律。提出了输出运动为三平移及一定向转动的并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到 5 0个新机构 ,并对其进行了分类。提出的 4d.o.f.并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义 ,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。

基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合的一般方法

以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律。提出了欠秩并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法 ,并进行了分类。该方法具有普遍性意义 ,已用于完成三平移、三平移一转动以及三平移两转动等欠秩并联机器人机构的型综合。

基于Pro/E与Simulink的Delta并联机器人运动仿真

针对"三自由度并联机器人的运动空间比传统六自由度并联机器人受到更多约束,以及其运动特性也更加复杂"的问题,将可视化运动仿真分析技术应用到并联机器人的研究上。以三自由度Delta并联机器人为例,在复杂轨迹下其整体位姿难以直观想象;为了便捷、高效地实现Delta并联机器人可视化运动仿真分析,结合SimMechanics Link接口软件,以Pro/E与Simulink/SimMechanics为仿真开发平台,提出了采用三维模型转换成SimMechanics模型的建模方法,并建立了SimMechanics模型,进行了仿真。研究结果表明,该方法能够直观地对Delta并联机器人进行可视化运动仿真分析,进而可为并联机器人机构的选型及优化、控制器的设计提供参考依据。

并联机器人机构构型创新设计研究

提出一种并联机器人机构构型创新设计新方法——桁架推演法,该方法包括三个主要步骤:根据具体设计需求选择自由度为0的并联机构桁架,并选择适当的推演规则;在一定的约束条件下对桁架进行推演;对推演结果分析、判断和决策,得到新并联机构构型。最后举例说明了桁架和推演规则等对并联机器人机构构型创新设计具有决定性影响的关键技术问题。

六足农业机器人并联腿构型分析与结构参数设计

为拓展六足机器人在农业领域的应用,将并联机构用于六足机器人的腿部结构,从而使其可以用于山地、林地、丘陵等环境的农业运输、种植、采摘等。首先,对六足机器人并联腿部机构进行了构型分析,选择2-UPS+UP机构作为腿部的初步机构原型;其次,依据螺旋理论,对2-UPS+UP机构进行了转动解耦性优化和变异,提出了一种转动解耦的UPR+UPS+UP机构;之后,通过对该机构进行运动学分析,建立了该机构位置逆解模型与速度映射方程;最后,对UPR+UPS+UP机构的工作空间进行了分析,绘制了工作空间三维图,通过分析设计参数对工作空间的影响,确定了一组性能较好的结构参数,该研究为并联腿部机构农业六足机器人的进一步研究提供了参考。

基于单开链单元的三平移一转动并联机器人机构型综合

以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律。提出了输出运动为三平移及一定向转移的并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到 5 0个新机构 ,并进行了分类。提出的 4d.o.f.并联机器人机械综合方法具有普遍性意义 ,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。

新型6-HTRT并联机器人工作空间和参数研究

本文介绍了新型 6 - HTRT并联机器人的机构型式和工作原理 ,给出了考虑到约束条件的位置逆解算法和存在多组解时的逆解选取准则 .利用逆解算法和三维搜索 ,得到了确定该类型机器人工作空间的方法和工作空间体积的计算公式 .分析了 6 - HTRT并联机器人工作空间的形态特点以及机器人结构参数和运动参数对工作空间体积的影响 .