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。

一种含防扭臂并联机器人结构及静力学分析

设计了一种含防扭臂结构的3自由度并联平台(3-UPS/PS/RPS),其中UPS为驱动支链,PS和RPS为恰约束从动支链。运用螺旋理论分析其约束状况,表明该机构为无过约束机构。对机构位置进行分析,给出其位置反解求法,通过ADAMS运动曲线证明了动平台在单一自由度上的运动独立性。采用拆杆法对动平台进行静力学分析,得出动平台的静力学平衡方程,分析了防扭臂结构对平台的影响。相应实例验算证明了平台的受力状况良好,防扭臂结构的加入提高了平台承载能力,研究结果可为该机构在工程上的应用作参考。

并联臂增材制造机器人滑模变结构运动控制系统研究

针对增材制造成型零件高精度高性能的需求,为了进一步降低成型零件的形位误差和表面粗糙度值,文章搭建了并联臂增材制造机器人运动控制平台,基于滑模变结构控制理论,提出一种适用于不确定性机器人的智能控制方法。该方法首先对系统的运动学和动力学进行建模,得到机器人运动学雅可比矩阵,利用拉格朗日功能平衡法,构建出存在外部扰动和不确定项的运动控制模型,克服了并联臂机器人解耦困难的问题;然后,基于状态偏差和各阶导数变化,构建滑模控制函数,通过不断调整系统自身结构,使其始终沿着设定的超越曲面运动,增强控制系统对外部扰动的鲁棒性,实现不确定系统的精确控制。最后,利用数值仿真及试验,验证控制系统的可行性,从成型零件表面粗糙度和形位公差两方面与常规PID控制方法进行比较,试验结果表明,表面粗糙度值Ra和Rz降低了40%左右,形位公差值降低了30%左右,控制精度高于常规PID控制方法。

一种适合船舶中压直流电力系统的MMC并联结构

鉴于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)桥臂额定电流难以满足船舶中压直流(medium voltage direct current,MVDC)电力系统逐渐增大的功率传输需求,设计一种适用于船舶MVDC大功率电力系统的MMC并联结构。应用MATLAB/Simulink,分别在MMC并联结构和MMC基本结构下,建立MMC-MVDC电力系统仿真模型。仿真结果表明,在传输同样大的功率时,采用MMC并联结构的桥臂电流明显比采用MMC基本结构的桥臂电流小,能克服MMC子模块中IGBT元件额定电流较小的障碍。

掘进机并联工作臂设计与运动学分析

以掘进机并联工作臂为研究对象,基于机器人拓扑结构设计了一种可以实现一平移两转动三自由度的新型并联机构3-UPU/RPR。对该机构的方位特征集和运动自由度进行综合分析,并运用欧拉旋转平移变换法对其进行位置逆解;结合蒙特卡洛法求出该并联工作臂的工作空间,结果表明该并联工作臂具有对称性、内部无空腔且有较大的工作空间的特点。最后将其运用于悬臂式掘进机,解决了传统悬臂式掘进机悬臂运动结构自由度缺乏和掘进工作整体空间扩展受限的问题,为掘进机工作臂设计提供了理论参考与依据。

离网型三相四桥臂逆变器在不平衡负载下的控制策略研究

针对离网工况下带不平衡负载时引起的波动,利用三相四桥臂拓扑结构在不平衡系统应用中的优势,结合虚拟同步机控制策略,采用基于全通滤波器的正负序分离方法进行控制。针对真实输出的有功功率对功频调节器产生波动及多逆变器并联时功率均分及环流抑制效果较差的问题,引入虚拟阻抗,改进了基于正负序分离的虚拟同步机并联预同步控制策略。结果表明,所提控制策略器能够在负载不平衡的情况下维持输出电压的平衡,提高了功率均分精度,使环流得到抑制,增强离网条件下的运行性能。

3D鱼糜打印机结构设计及样机研制

针对目前加工鱼糜精细食品存在成型困难和成本昂贵等问题,提出了3D鱼糜打印机。打印机的支撑平台顶面和底面采用等边三角形结构,并以3根铝型材与之相连,整体呈三棱柱形状;通过同步带传动加直线导轨将步进电机的旋转运动转化为与并联臂相连接的滑块运动,带动打印平台移动;通过螺杆和铜螺母配合将步进电机的旋转运动转换为直线运动,由铜螺母相连接的压块向下运动从而压缩活塞,实现物料的挤出。通过3D鱼糜打印机样机的试制表明:所设计的3D鱼糜打印机结构简单,制造成本低,可打印出精细的鲍鱼和鲅鱼等实体模型。

面向牙刷操作的DELTA机器人设计与仿真分析

为了提高牙刷的生产效率,以牙刷为对象,设计了一种面向牙刷操作的DELTA机器人,并进行了仿真分析。首先,根据设计要求,对DELTA机器人的动平台、静平台、从动臂、主动臂等主要结构进行了设计,然后运用Ansys对DELTA机器人的主动臂进行了应力和模态分析;最后,将DELTA机器人模型导入Adams中进行运动学仿真,通过分析得到DELTA机器人沿指定门字型轨迹运动时的位移、速度和加速度曲线,验证了机器人能够满足运动时快速、无冲击的要求。为实现机器人对牙刷快速、精确、平稳地操作和安放提供了一种新的解决方案。

浅析Delta并联机器人的从动臂

主要讨论了Delta机构从动臂的两个问题:即Delta机构从动臂采用平行四边形结构的必要性,并证明组成平行四边形从动臂的四个杆在运动中总是处于一个平面内。

多功能桌面级3D打印机构造及实测

针对现有桌面级3D打印机成本高、打印速度慢、范围小且不能二次断点打印等缺陷,提出了新型多功能3D打印机系统实现方案,并分析了其应用优势。在机械结构上:采用了Delta并联臂机械结构,由框架、导轨、滑块、限位等组件构成。在控制硬件上:采用Arduino处理器,SD存储器,液晶显示器等元器件完成硬件控制实体;在控制软件上:采用RS232通信协议及开源3D打印软件,设计了低成本、多功能的3D打印软件系统。该方案设计的关键主要为上述结构、硬件的设计,及底层驱动和通信软件等。经实践验证:该3D打印机能克服成本高、打印慢、范围小、不能二次加工等缺陷,而能创新性地实现断点续打功能,且成本低,便于应用推广。

二移动自由度并联操作臂的动力学建模

应用Lagrange乘子法研究了一种二移动自由度并联操作臂的动力学问题,该方法可避免关节空间与操作空间的坐标变换,计算效率能够满足实时控制要求。描述了这种具有高刚度、高灵活性和结构模块化强的操作臂结构,求出了它的位置、速度、加速度和Jacobian矩阵的表达式;建立了带有广义坐标变量的系统动力学模型,按照给出的运动轨迹和操作臂质量、加速度等参数进行了动力学仿真,其结果揭示了关节驱动力与上述参数间的内在联系。

一种新型驾驶动感平台运动研究及可视化仿真

以汽车驾驶运动模拟器为研究对象,设计了一种含防扭臂结构的三自由度并联运动平台,进行位置正逆解分析和运动学正逆解分析,研究其控制算法。以VC++6.0为平台,运用OpenGL图形处理API,对三自由度汽车驾驶模拟器进行可视化动态仿真。设计仿真软件,测试控制程序,实时计算平台运行数据。