新型3-DOF 1T2R并联机构的运动学分析与尺度优化

移动和转动混合运动的并联机构具有很高的研究和应用价值。基于转移混合输出运动的机构适用范围广,但该类机构的设计比较困难。为了研发和推广转移混合运动的1T2R并联机构,基于平面五杆机构和一条无约束支链,设计了一种一平移两转动(1T2R)的并联机构。首先,根据方位特征(POC)方程对机构进行了拓扑结构分析,并计算了该机构的自由度;然后,对该并联机构进行了运动学建模,推导了其位置正反解的解析表达式,并基于雅可比矩阵分析了机构的奇异性,利用三维离散搜索法计算了机构的工作空间,给出了机构在工作空间中的灵巧度分布情况;最后,利用粒子群算法(PSO)对机构的工作空间和灵巧度进行了双重优化,同时探讨了无约束支链的布置角φ对机构工作空间和灵巧度的影响。研究结果表明:所设计的1T2R并联机构结构简单,具有位置解析解;优化后的机构的工作空间和灵巧度分别提升了93.47%,203.42%;当无约束支链的驱动方向与平面(2P-3R)机构垂直布置时,能够获得更好的运动性能。该结果为3-DOF 1T2R机构的实际应用奠定了理论基础。

5自由度磁悬浮轴承—转子系统非线性动力学研究

为了探讨磁悬浮轴承—转子系统的稳定性,从非线性多自由度的角度对5自由度主动磁悬浮轴承—转子系统的非线性动力学特性进行研究。在考虑电磁力、重力和不平衡力周期性影响的情况下,建立5自由度磁浮轴承—转子系统的动力学模型,通过泰勒公式对其进行非线性展开,运用多尺度法的基本原理对5自由度非线性微分方程进行复数处理。通过Matlab软件编程,借助庞加莱映射图和相图对系统的运动形态进行分析,得到在复数领域中的倍周期运动、拟周期运动和混沌运动的相图及庞加莱映射截面图。在试验过程中也发现,随着转速的增加,磁悬浮轴承—转子系统的轴心轨迹由有规律的稳定运动状态进入无规律的失稳运动状态。数值模拟和试验结果都表明:磁悬浮轴承—转子系统中存在丰富的非线性动力学现象,在不同参数条件下,系统存在稳定的倍周期运动、临界的拟周期运动和失稳的混沌运动现象。

五自由度采摘机械臂关节空间轨迹规划

为了保证采摘机械臂能够快速准确完成采摘任务,根据其结构,采用D-H法建立坐标系,利用几何分析法推导其运动学模型和逆运动学解,在关节空间内进行了摆线运动轨迹规划,并采用Matlab工具对其规划轨迹进行仿真模拟,结果表明该规划方法不仅计算简单,而且使得机械臂运动平稳,无振动和过冲现象,同时满足其准确,快速完成采摘任务的要求。

五自由度关节式机械臂运动学分析与仿真

由于服务机器人机械手臂具备五自由度,空间自由运动柔性高和刚度强,被广泛应用娱乐服务。针对家用娱乐机器人的手臂运动问题,利用各关节的相对关系得到了运动学描述。首先,定义了初始零位,同时利用MDH法建立了连杆坐标系。其次从正、反运动学建模两个方面对娱乐机器人手臂进行了运动学描述。再次,利用MATLAB数学工具箱验证了正、逆运动学求解工程的正确性。最后,利用Open GL与VS软件程序实现对手臂进行了仿真实验。仿真结果表明,该虚拟场景能够反应出拟人手臂在三维视景中真实运动情况。

六自由度盾构管片拼装机机构设计

介绍了一种在盾构隧道施工中,用来给开挖好的隧道表面安装管片的管片拼装机,这是一种六自由度混联机构,整体机构串联中间包含一个二自由度五杆机构。分析了该拼装机的机构组成,工作原理及过程,进行了正运动学和逆运动学的分析,通过具体数值,验证运动学方程的准确性。最后,描述了拼装机对管片轨迹精确调整的过程。

五自由度操作臂笛卡尔空间内运动控制的实现

为实现操作臂各关节间在移动过程中抓取任务完成的准确性,设计了五自由度操作臂,采用DH法则对该操作臂进行运动学分析,建立了末端位姿信息与各关节角间的变换关系.采用轨迹插补的方法得到这两点间若干轨迹中的间断点集,根据运动学中关节角的变化量,利用最小二乘法来寻找总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内跟踪所规划的轨迹.研究结果表明:为避免工作空间奇异点的存在影响运动控制过程,对各关节角度与末端位姿间关系采用最小二乘法来寻找关节角总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内的轨迹跟踪,并准确地完成了空间抓取动作.

五自由度立体视觉仿真平台设计与建模

从立体视觉与机器人控制集成的角度出发,建立了一个主动立体视觉跟踪和定位系统,用于柔性装配线中装配零件的运动跟踪和装配工位的精确定位。该系统具有五个自由度,其中三个是平移自由度,两个是转动自由度,该文针对平台的结构进行了运动学建模和分析,采用D-H方法建立了五自由度立体视觉平台的运动学模型,得到运动学的正解。在该运动学方程基础上开发了系统仿真平台,介绍了系统仿真平台的设计原理和操作特点。该仿真平台验证了机构设计的正确性,验证了五自由度平台运动学分析的正确性。该仿真平台采用虚拟现实建模方法,建立了五自由度平台的三维立体模型和立体视觉跟踪运动物体的实验模型,具有良好的交互性和开放性。

闭合五杆缝纫机送料机构的运动仿真和轨迹优化

对闭合传动的两自由度五杆缝纫机送料机构进行了动态仿真和轨迹优化研究。编制的仿真软件可实现全部结构参数的动态输入 ,动态仿真。它可实时获得各运动构件的位置、速度和加速度及表征送料机构主要特性的参数和机构的仿真动画 ,并可根据实际需要 ,通过参数的调整而获得不同的针距及倒车和顺车运动并给出倒顺车的误差。GC 8 1型双针缝纫机的仿真实例表明 ,通过轨迹优化得到的基本参数可达到正、倒车轨迹高度吻合(正倒车误差 =0 .2 3% )和送料轨迹的各项指标均满足要求的理想效果。

轴向力偏转五自由度永磁偏置磁轴承及磁路解耦设计

为了提高空间用磁悬浮飞轮输出偏转力矩的能力和精度,提出一种利用轴向力控制转子径向偏转的五自由度永磁偏置磁轴承(permanent-magnet-biased magnetic bearing withfive degrees of freedom,5-DOF-PMB),有效减小了飞轮体积和转子轴向长度,提高了系统的集成度,改善了转子系统的固有模态和稳定性。有限元仿真表明,按照角动量为15 N?m?s飞轮的要求设计的轴向力偏转5-DOF-PMB可同时满足各自由度负载的要求。为了提高转子径向大偏移时主动振动的控制精度,进一步对轴向力偏转5-DOF-PMB径向通道进行了磁路解耦设计。等效磁路分析与有限元仿真表明,经磁路解耦的5-DOF-PMB径向通道间磁路耦合程度削弱了2个数量级。最后从等效磁路和结构设计角度,对永磁偏置磁轴承的磁路解耦设计方法进行了归纳和总结。

新型车辆行驶称重系统动态仿真和试验分析

为了更加准确的对车辆进行动态称重,设计一种新型的以橡胶油管作为敏感元件的便携式车辆行驶称重系统;同时采用MATLAB软件建立了5自由度汽车模型,对动态称重的汽车加速度和道路不平度等影响因素进行了仿真分析。通过仿真与试验结果的对比分析,有效证明了此种设计方法的可行性,该系统对WIM称重系统的研发具有指导意义。

平面二自由度全铰链五杆轨迹机构综合方法的研究

对平面二自由度五杆机构的位姿形式及位置逆解进行分析之后,提出了用二自由度辅助机构进行全铰链五杆轨迹机构综合的方法。该方法先将平面二自由度全链五杆机构看成由两个开链二杆机构组成的机构。然后按照给定要实现的轨迹,用二自由度辅助机构分别综合出两个开链二杆机构。最后再将综合出的两个开链二杆机构组合成全链五杆机构。按照此种方法综合出的全铰链五杆机构可精确地实现给定的轨迹,配以合适的驱动方式可进行异形边界及系列边界的加工,本文的研究为特殊类型边界的加工提供了手段。

复杂竞赛任务中的自动分拣搬运机器人系统设计

为了实现仓库中多重目标的复杂搬运及堆垛任务,设计了一款光电分拣搬运机器人。该分拣搬运机器人以STM32F103C8T6单片机为主控芯片,采用灰度传感器SEN1595识别地面标识,通过颜色传感器GY-33识别物料颜色;机械臂与末端夹取机构利用PDI-6221MG舵机驱动五自由度小型机械臂,在保持末端处于垂直状态下,平稳抓取物料并存放至搬运车腹部的中心转盘内;仓储分拣机构通过PDI-6225MG-300舵机驱动中心转盘转动至5个档位;采用LV8731细分器控制步进电机MG42S1,驱动车体行进至目标堆垛区域;通过机械臂夹取转盘内的物料,结合堆垛辅助机构完成堆垛任务。在搬运工程赛项实验平台任务中,系统测试成功率达96%,满足使用要求。通过该分拣搬运系统可提高分拣运输自动化、智能化程度,改善物流仓储工作中人工依赖性较高的现状。

五自由度混联机器人运动学分析

介绍了一种新型五自由度混联机器人,将三自由度的Delta机器人变成工作空间更大、应用范围更加广泛的五自由度混联机器人。用三维设计软件Solidworks建立了该混联机器人的样机模型,运用D-H矩阵法对机器人的逆运动学进行了详细的分析,在此基础上通过MATLAB工具箱Robotics Toolbox对机器人末端运动进行轨迹规划,为后续的控制工作奠定了基础,并且对串并联的研究也提供了一定的参考。

收获采摘机器人的运动学分析及仿真——基于ADMAS

为了对五自由度关节式收获机器人五自由度关节机器人末端执行器的位姿和运动进行描述,运用传统的D-H法建立各关节运动学数学模型,进行运动学正、逆解,求得末端执行器的位置关系式。基于UG软件建立了该机械手的三维立体模型,并通过ADMAS软件对机械手抓取、采摘和放下过程进行仿真分析,确定其运动轨迹。结果表明:所建立的运动学方程正确,设计的机械手满足工作要求,有较强的操作性,为收获采摘机械手的设计制造奠定了基础。

基于GB＿RRT算法的机械臂路径规划

针对五自由度机械臂路径规划问题,提出一种基于快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)优化算法—GB_RRT算法。为弥补因基本RRT算法采样盲目性导致的效率低下的缺陷,GB_RRT算法采用高斯采样的方法进行启发式采样,同时结合贪婪扩展算法来提高随机树的局部扩展速度。为进一步缩短规划路径,该算法采用双向同时剪枝取最优的策略来删除不必要的采样节点。最后对机械臂进行了仿真实验和样机实验。实验结果表明,高斯采样法结合贪婪策略不仅降低了采样的盲目性,而且能够提高扩展树的扩展速度,更好地规避开障碍物;双向剪枝取最优的策略也在一定程度上缩短了规划路径的长度。

基于展开式望远镜的次镜调整结构设计

次镜作为展开式望远镜系统的重要光学组成部分,其位置姿态精度直接影响着成像质量的优劣;针对展开式望远镜系统次镜的五自由度位姿调整性能及精度要求,设计了一套由二自由度调节平台与三自由度倾斜调节机构组成的五自由度调整机构,将压电驱动下的柔性微动机构应用于对次镜XY向的精密调节之中;利用理论建模与有限元工程分析相结合的研究方法对压电精密驱动柔性平台动态驱动特性、承载性能进行分析;结果表明,所设计的五自由度调整平台能够满足次镜所需调节精度要求,具有实际意义。

基于MATLAB五自由度机械手运动学仿真分析

五自由度工业机械手可应用于搬运、码垛作业时对目标物体的抓取。以该五自由度工业机械手为研究对象,用常规的D-H法建立运动学数学模型,进行正、逆向运动学分析,然后,利用代数法依次求解出正、逆运动学方程,分别得出了操作臂末端在基坐标系下的位置关系式和各关节的参数变量,最后,用MATLAB软件对正运动学分析结果进行了仿真。

单片DLP色轮采用磁轴承支承的研究

阐述了单片DLP投影机色轮运行和磁轴承的基本原理,对磁轴承技术在色轮驱动系统的应用进行了研究,采用一个主动型轴向磁轴承和两个被动型径向磁轴承来实现色轮转子的五自由度悬浮.基于色轮转子的重量与转速,设计出了磁悬浮轴承的参数,并利用有限元分析软件ANSYS对设计结果进行了仿真.

五自由度盘式无轴承电机运行机理与优化准则研究

五自由度盘式无轴承电机(five degrees of freedom controlled bearingless axial flux motor,5-DOF BLAM)因其可以依靠电磁力实现转子全自由度的主动悬浮,且具有无摩擦、无污染、免维护、寿命长等优点,在医药、半导体、航空航天等领域有潜在的应用前景,受到研究人员的广泛关注。根据转子所带负载的不同,5-DOF BLAM各自由度对主动悬浮力、力矩的要求也不同。因此,优化5-DOF BLAM使其能够在最小的悬浮电流下满足转子负载对各自由度主动悬浮力、力矩的需求是5-DOF BLAM设计中的重要环节。该文对任意转子极对数下5-DOF BLAM各自由度的悬浮机理进行分析,并根据分析结果给出3条5-DOF BLAM通用的控制与设计准则。然后,基于所得通用准则设计一款转子7对极的5-DOF BLAM,并对其进行有限元分析。分析结果证明了前两条通用准则的正确性。同时,仿真分析不同定转子内外径与裂比下,5-DOF BLAM各自由度主动悬浮力、力矩的变化规律,证实了第3条通用准则的正确性。最后,基于样机与实验平台测试了该文设计的5-DOF BLAM的悬浮过程。实验结果表明,该文设计的5-DOF BLAM能够根据通用准则实现各自由度独立解耦控制,5-DOF BLAM转子能够实现五自由度稳定悬浮。

一种新型的五自由度混联抛光机器人的分析

工业生产中自由曲面的抛光打磨是自动加工过程中难以解决的问题,本文针对自由曲面的抛光打磨加工提出了五自由度混联机器人。首先根据工艺要求对抛光机器人进行了机构设计及结构分析,对抛光机器人的结构进行优化,又通过运动学分析,推导出了运动学正逆解解析公式,分析了动平台的扭角跟两个伸缩杆长度的关系和动平台的转动角速度跟伸缩杆的伸缩速度关系。再通过给定参数用Matlab绘出机构位置正解关系的曲线图,最后经计算得到了可得动平台的输出的速度,为后续样机的研制等工作奠定了基础。