5-DOF混联机器人设计与运动学分析

针对现有2R1T并联机构并不能很好地满足航空航天工业制孔稳定性的问题,设计了一种全新的两转一移并联机构3SPU-PU,并基于此并联机构设计了2-DOF转头,构造了5-DOF混联机器人,可用于某型飞机座舱盖制孔。首先,利用修正的G-K公式计算了3SPU-PU并联机构的自由度;其次,利用子结构综合的方法对所设计的五自由度混联机器人进行了逆运动学分析;运用ADAMS仿真分析与MATLAB理论计算对运动学分析理论模型进行了验证;最后,利用有限元分析方法对混联机器人进行了静力学分析。结果表明,所设计的混联机器人刚度大、质量轻,能更好地满足制孔稳定性的需求,研究结果也为混联机器人的样机研制、动力学分析及实时控制打下了理论基础。

4-CPS/UPU并联机构运动学分析与仿真

提出了一种用于并联机床领域的4-CPS/UPU并联机构。基于旋量理论,建立了该并联机构的运动和约束螺旋系,该机构具有5个自由度,可实现三移两转功能;通过修正的K-G公式对其自由度进行了验证;进一步分析了并联机构的位置正逆解、工作空间;运用Adams软件对其进行了仿真分析。该机构工作空间连续,形状近似四棱台,规则对称,无空洞,且仿真得到的位移和速度曲线光滑,表明该机构具有良好的运动性能。研究结果为其在并联机床领域的参数化设计提供了一定的理论基础。

混合型4自由度并联机构及其运动学建模

提出一种混合型４自由度并联平台机构，该机构的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动。研究了该机构的运动学建模方法，给出了运动学正、逆解。基于本文所提出的４自由度并联机构已成功地研制出一台五坐标并联机床。

新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构

提出一种新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构。机构的运动平台通过两个相邻的TPR分支运动链和两个相邻的TPS分支运动链与固定平台相联接。每个TPR分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个转动副R组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过转动副R与运动平台相联;每个TPS分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个球面副S组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过球面副S与运动平台相联。运用约束螺旋理论,对机构的运动性质和奇异位形进行分析。机构运动平台具有沿两个TPR分支所在平面的二维移动自由度,和以两个TPR分支胡克铰二级转动副轴线所在平面内的任何直线作为转轴的二维转动自由度。选取4个分支运动链的移动副作为驱动副,发现了机构可能出现的四种奇异位形。

3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。

一种新型4自由度柔顺并联机构的设计和特性

设计一种新型4自由度精密微动平台，并对其静态和动态特性进行分析。在传统4一RRUR并联机构的基础上，采用替换法设计具有解耦的柔顺并联机构。采用有限元软件ANSYS对机构进行刚度和运动学分析，分析结果表明所设计的平台具有解耦的x和y方向平动，并能实现4自由度微动。对机构进行灵敏度分析表明该柔顺机构的各个方向的位移灵敏度约为6μm／μm，说明平台灵敏。对机构进行模态分析，从振型可以看出该机构能实现4自由度方向的运动，并分析了在有和无预应力两种情况下的固有频率，两者差值范围为17．2％～52．4％，说明预应力对机构的固有频率有较大影响。

3DOF并联机构的分析

提出一种新型三平移三自由度空间并联机器人机构,对此机构的运动输出特性进行了分析,建立了机构的方位特征集,计算其自由度,分析了机构的耦合度及输入的合理性,建立了并联机器人机构运动学模型,该机构是一种较理想的能实现三平移并联机构的选型。

4-UPU并联机构自由度计算及其运动学分析

在4-UPU并联机构中,由于万向铰在空间中不同的布置方位,导致UPU支链具有3种不同的支链结构;基于这三种支链模式,4-UPU并联机构呈现出24种不同的结构类型,利用螺旋理论分析了其中4种典型的4-UPU并联机构的自由度,得出它们的自由度在2到5之间变化。并选取了4自由度的4-UPU并联机构进行了运动学分析,建立了该机构的位置方程,给出了该机构运动学的正解与反解方法。运用Pro/E软件中的MECHANISM模块进行运动学仿真分析,得到了该机构运动特性随时间变化的曲线。

4-URU柔性并联机构构型设计及支链刚度分析

针对4-URU型柔性并联机构,提出了一种对支链刚度的新型求解方法,应用软件仿真结果验证该方法的有效性。首先,利用螺旋理论对4-URU刚性并联机构进行自由度分析,采用柔性铰链替换法设计相应的柔性并联机构。基于柔性铰链刚度矩阵,利用转换矩阵法求得支链的铰链刚度矩阵,利用有限元理论分别求得支链各柔性杆刚度,通过线性叠加求得支链的总刚度矩阵,最后利用MATLAB进行理论计算,得到支链在X、Y、Z方向产生的变形量。并用ANSYS软件对模型进行仿真分析,结果表明,理论计算与仿真结果基本一致。验证了该方法求解支链刚度的有效性,为利用该方法求解整个柔性并联机构的刚度提供理论依据,为研究柔性并联定位平台的精度提供了帮助。

基于螺旋理论对4-UPU并联机构的自由度及运动分析

在并联机构的分析研究中,应用螺旋理论做空间机构的一些分析是较为简便的,它是诸种常用的数学方法中较好的一种,是以线性代数及几何数学为数学基础展开的。本文采用螺旋理论中的运动螺旋及力螺旋分别表示并联机构的自由度和约束,并利用其互逆定理,对少自由度的4-UPU并联机构进行约束和自由度分析,并求解出了该机构的自由度。最后通过实体模型的仿真运动分析,验证了该方法的准确性、可用性和通用性。

基于4自由度的猕猴桃采摘机器人建模设计

猕猴桃的采摘作业是猕猴桃生产业中的一个重要环节。目前,采摘作业主要以人工采摘为主,存在耗时长、工作强度大以及人力成本高等缺点。因此,研究智能、高效的猕猴桃采摘机器人有助于将人从繁重的农业生产中解放出来,提高生产效率。针对棚架式猕猴桃栽培方法和采摘机器人的作业特点,初步建立了基于4自由度的猕猴桃采摘机器人的运动学模型和动力学模型,并以降低能耗为目的进行了采摘轨迹规划。

2转动高精度重载并联机构构型综合

采用一种基于支链分析法的并联机构构型综合方法,综合出了具有解耦特性的2转动并联机构。首先,对2转动并联机构的结构特点进行分析,得到2转动并联机构的最简结构形式,并基于空间无约束的Kutzbach-Grübler公式对各支链的自由度组合方式进行分类,得到所有支链组合形式。其次,提出了一种并联机构初步筛选原则,并考虑球副、万向副的加工难度和成本对并联机构进行优选。最后,由于优选出的2转动并联机构存在局部自由度,对具有局部自由度的并联机构支链进行降自由度处理,得到6种解耦性好、承载能力高、精度高、结构简单的2转动并联机构。采用螺旋理论对U-RPU-UPS并联机构进行自由度分析,建立了逆运动学模型,并进行了验证。结果表明,所构建的并联机构可以实现2转动自由度的运动,并且具有很好的运动解耦特性。所综合出的2转动并联机构弥补了现有机构的不足,可作为光伏跟踪尤其是聚光光伏跟踪机构。

3-UPS/UR并联机构运动学分析

针对传统带有球副恰约束并联机构工作空间较小的问题,提出一种3-UPS/UR并联机构构型。通过螺旋理论对该机构自由度进行计算并分析。建立此并联机构的杆长约束方程,通过Matlab求解并联机构位姿反解;通过遗传算法,求解并联机构位姿正解。采用影响系数法,对驱动机构部分进行运动分析。通过搜索法对3-UPS/UR并联机构工作空间求解及对比分析。通过Adams仿真,得到平台位姿及速度参数,对比理论数值计算结果与仿真结果,验证并联机构约束方程正确性,并为机构的控制提供理论依据。

单自由度相贯线平移机构的设计

从内蕴几何角度出发,设计了一款新型单自由度的具有沿着相贯线平移特性的机构。根据方位特征集(POC)理论计算了机构的自由度,并对其进行了运动学分析;建立坐标系求解机构的正、逆位置解并进行了验证;基于机构的原理图,以某一具体尺寸参数建立三维模型,导入Recur-dyn中进行运动学仿真,分析了末端运行轨迹输出特性,验证了机构的可行性。

Application of Parallel Mechanism in Varistructured Quadruped/Biped Human-carrying Walking Chair Robot

For the existing problems of walking chair robot such as simple function,lower bearing capacity and not walking in complex environment,a novel varistructured quadruped / biped human-carrying walking chair robot is proposed.The proposed robot could be used as biped and quadruped walking chair robots.Considering the conversion of the walking chair robot from the quadruped to the biped or vice versa,6-UPS and 2-UPS＋UP（U,P and S are universal joint,the prismatic pair,and sphere joint,respectively） parallel mechanisms are selected as the leg mechanism of the biped walking robot and quadruped walking robot,respectively.Combining the screw theory and theory of mechanism,the degrees of freedom of the leg mechanism and the body mechanism in diferent motion states are computed so as to meet the requirements of mechanism design.The motion characteristics of the 2-UPS＋UP parallel mechanism which is the key part of the walking chair robot are analyzed.Then,the workspace of the moving platform is drawn and the efect of the structural parameters on the workspace volume is studied.Finally,it is found that the volume of the workspace of the moving platform is bigger when the side length ratio and the vertex angle ratio of the fxed platform and the moving platform which are isosceles triangles are close to 1.This study provides a theoretical foundation for the prototype development.

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。

并联机构运动解耦设计方法与应用研究

根据基于方位特征集（POC）的并联机构拓扑结构设计理论,对国内外已有的2~6自由度运动解耦并联机构,进行拓扑结构及其运动解耦性分析,发现机构运动解耦不仅与拓扑结构有关,而且还与运动参数有关;接着从这2个层面提出了并联机构运动解耦的4个规律,以及相应的基于基本运动链（BKC）合成与分解、基于子并联机构等效支链、基于合理选取基点,以及基于移动副平行、垂直配置等4个运动解耦设计原理及其方法,其中,提出了将并联机构的运动解耦分为位-姿分离解耦、位-姿内部解耦的思路,可作为运动解耦的方向和顺序;进一步,设计了15个运动解耦并联机构。

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。

应用于飞行器风洞试验的绳牵引并联机构技术综述

首先概述了法国航空局SACSO项目关于绳牵引并联机构应用于飞行器风洞试验的研究工作,然后从六自由度绳牵引并联机构的结构设计、运动学及性能分析、工作空间的分析与综合、静刚度分析、运动控制和力控制等六方面,详细分析了六自由度绳牵引并联机构应用于飞行器风洞试验中的关键技术。分析结果表明:六自由度绳牵引并联机构必须根据飞行器的类型,以工作空间大小为依据进行构型设计;其运动控制方案可借用PID控制或自适应控制,其优点是便于动力学模型的线性化和解耦;其力控制方案可借用经典的阻抗控制和力/位置混合控制,但适用于飞行器风洞试验的六自由度绳牵引并联机构的更完善的力控制策略还有待进一步的研究。

基于AMESim的液压并联机构建模及耦合特性仿真

针对液压六自由度并联机构,采用AMESim和Simulink分别对单缸液压系统及平台机构部分建模,建立了液压并联机构的通用仿真模型.在AMESim模型中单缸系统的等效负载为Simulink模型反馈的负载力而非等效质量.联合仿真模型详细考虑了液压系统,保证了系统的精度,为研究液压并联机构提供了便捷的理论分析手段.通过联合仿真模型研究了并联机构由于液压缸不一致带来的耦合特性.数值仿真结果表明,当液压缸性能不一致时会出现耦合现象,耦合度随着液压缸性能不一致程度的增大而增强.在并联机构设计时,必须保证液压缸性能的一致性.