2UPU/SP 3自由度并联机构的动力学性能评价

动力学特性是并联机构的一项重要性能。该文以一种用于航天复合材料加工的混联机器人中的2UPU/SP并联机构为研究对象,考虑两个UPU运动学支链的平面约束特性,建立了该3自由度并联机构的运动学模型,并基于虚功原理,推导了动力学模型。给出一种动力学性能评价指标,该指标以一个驱动力为单位量且其他驱动力小于或等于单位量时的动平台最大加速度来评价并联机构的加速性能。基于给出的动力学性能评价指标,对2UPU/SP并联机构的线加速度和角加速度分别进行评价,并与一种传统的2UPS/UP并联机构进行比较,结果表明2UPU/SP机构具有更好的加速度性能。     

移动式混联喷涂机器人的动力学性能波动评价

面向汽车修理厂的汽车补漆应用需求,该文提出一种由3自由度并联机构、旋转关节和移动小车组成的喷涂机器人。基于运动学模型,利用虚功原理推导了3自由度并联机构的动力学模型。考虑动力学模型中重力项影响,构造面向动力学性能波动评价应用的波动衡量惯性矩阵,提出动力学性能波动评价的全域指标,并通过不同几何参数和惯性参数下机器人驱动力矩变化来验证评价指标的有效性。动力学性能波动指标可以直观地反映机器人在工作空间中动力学波动情况,可以应用于机器人优化设计与控制。     

3自由度冗余驱动下肢康复并联机构的运动学优化设计

研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构的概念设计和运动学优化.首先对该3自由度并联机构进行了简要介绍,然后推导了其运动学正逆解的解析解.基于螺旋理论,对该机构进行了广义雅可比分析,通过对4种非冗余驱动情形的力/运动传递性能分析,提出了一种用于评价该并联机构运动学性能的局部传递率指标.最后,借助于遗传算法,通过最大化局部传递率指标的全域平均值对该机构的设计变量进行了优化.运动学优化的结果表明,本文所提出的并联机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能.     

3-PRRU并联机器人位置反解和奇异位形的研究

针对一种新型机构3自由度3-PRRU并联机器人,应用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了该机构的运动学方程,得出理论上具有64组位置反解的结论,采用matlab软件对反解进行了数值仿真.最后用雅可比矩阵行列式获得奇异位形条件方程,对此并联机构的奇异问题进行了分析.     

完全各向同性解耦3T1R型并联机器人构型综合

为综合得到完全各向同性解耦并联机器人构型,基于GF集理论提出了一种简单而有效的构型综合方法.阐述GF集的基本概念、运算法则,转动特征存在条件;给出机构输入运动副选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动各向同性及解耦性;根据该构型综合原理,实现了3T1R的4自由度完全各向同性解耦并联机构型综合,得到了大量新构型;针对所综合的一种新型并联机构,运用螺旋理论求解其机构的自由度并推导其雅克比矩阵,验证了该机构的完全各向同性,也进一步证明了该构型综合方法的有效性.     

3-RRP平面并联机构的工作空间和灵巧度分析

建立了3-RRP平面并联机构的正反解方程,利用Matlab/Simulink中的SimMechanics功能模块建立3-RRP平面并联机构以及其结构框图.采用滑杆的行程限制条件编程得出了3-RRP平面并联机构的工作空间范围.利用条件数转化到其倒数来对3-RRP并联机构进行灵巧度分析,得出了该机构的灵巧度的分布等高线,灵巧度在整个工作空间分布均匀,验证了该机构的运动学处于各向同性,各项性能也较好,研究结果为3-RRP平面并联机构优化设计和动力学研究等奠定理论基础.     

3-CRR型并联机构运动学与奇异性分析

对一种典型的具有三平移自由度的3-CRR型并联机构进行正、逆运动学求解,讨论该类型并联机构的工作空间,利用虚功原理研究该型机构运行时在动平台承受固定载荷情况下主动关节处的受力情况,定义雅克比矩阵转置矩阵的∞-范数作为评价3-CRR型并联机构承载能力与运动精度性能的指标,通过设定该指标的许用值,可得到3-CRR型并联机构性能不能满足工作要求的区域,避开该区域即可成功避开机构的奇异点,使得3-CRR型并联机构工作于正常状态,对其他并联机构的设计和综合具有指导意义。     

三自由度并联机器人机构位置反解和奇异位形研究

提出一种三自由度3-PRRU并联机器人结构,本文先采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了该机器人运动学方程,分析得出其位置反解,并通过对Jacobi矩阵的分析,得出了该机器人处于奇异位形条件方程,这一研究为机器人的控制策略研究奠定了基础.     

含恰约束支链的冗余驱动并联机构性能分析

针对航空航天领域大型异构件复杂曲面的高速铣削加工的任务要求,提出了一种新型1T2R的三自由度含恰约束支链的冗余驱动4-PUS-UP并联机构.对并联机构进行运动学位置逆解,求该机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,进而构建量纲一致的雅可比矩阵.引入条件数、运动/力传递性能和刚度性能评价指标.通过算例绘制3-PUS-UP并联机构和该冗余驱动并联机构的性能分布图,并计算全域性能指标.结果表明:该冗余驱动并联机构的运动学性能优于3-PUSUP并联机构,具有更好的工程应用前景.     

两类平面并联机构凯恩动力学建模与比较研究

研究了冗余驱动平面4-RRR并联机构与非冗余驱动平面3-RRR并联机构的刚体动力学建模及其性能比较.首先,从运动学角度出发,推导了两种机构的运动学逆解模型.其次,基于Kane方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法.该方法简捷、高效,可有效简化动力学建模过程,并可获得结构紧凑的系统动力学模型,对于控制策略的构建极为便利.最后,在MATLAB编程环境下,分别从运动学与动力学性能指标、逆刚体动力学仿真等方面对两种机构进行了比较分析,验证了冗余驱动在规避奇异、提升系统动态性能等方面的有效性,为后续基于模型的控制策略设计奠定了理论基础.     

三杆并联平动机器人机构动力学

用拉格朗日方法对一种创新的三杆平动并联机器人机构进行了动力学建模,该机器人的动力学正方程为显示表达,计算量小,为该并联机器人的力和扭矩的实时控制策略实施提供了基础·利用动力学模型对该机器人的可操作性和动力学特性进行了分析,引用动态可操作性椭球指标来评价该机器人的动力学特性,并对动力学特性进行了仿真·分析结果证明,该机器人在工作空间内部,特征系数增大,动态可操作性变坏,得出该机器人特征系数小于2时,动态可操作性较好·该新型并联机器人动力学性能良好,具有很好应用价值·     

非对称2T1R并联机构的运动学和灵巧性分析

提出一种非对称空间并联机构,其动平台相对于静平台具有两个移动和一个转动自由度。利用单开链单元理论对机构的运动输出特性进行了分析,并对其自由度数目进行了计算。推导出机构位置的正、逆解析解,以及速度矢量方程。根据机构灵巧性分析可知,当机构处于某一特殊位形时,其运动学条件指标等于1,即该机构为各向同性并联机构。因而所提出机构具有良好的运动学性能,在工业机器人、医用机器人和微操作机器人等领域具有潜在的应用前景。     

一种二平动自由度并联机械手动力尺度综合

研究一种二平动自由度高速并联机械手的动力尺度综合方法.在建立逆刚体动力学模型基础上,提出一种基于单轴最大驱动力矩全域最大值最小的动力学性能评价指标,该指标可表示为系统尺度和惯性参数及位形的显函数形式,可直接用于观察奇异位形的出现条件.建立雅可比矩阵奇异值的显式,提出一组兼顾速度、精度和刚度的传递角约束方程,通过考察奇异值与运动学性能的关系,可将传递角约束方程转化为性能约束方程,同时配以工作空间/机构尺度等约束条件,利用工程实例研究性能约束对尺度参数和动力学性能评价指标的影响规律,由此综合出在满足上述约束条件下使得系统动力学性能最优的尺度参数.     

多维减振平台主体机构3-RRC动力学分析

提出一种并联机构动力学分析新方法，即将达朗伯原理与虚位移原理相结合，直接建立并联机构的动力学模型．应用达朗伯原理得到各构件惯性力的显式表达式，根据虚位移原理并利用一阶影响系数矩阵得到了整个机构各主动副的平衡驱动力．该方法不反映机构关节约束力，特别适用于含闭链的机构动力学分析，表达简洁，适用范围广．另以并联机构3-RRC为例进行理论计算，验证了该动力学模型的正确性，并与ADAMS仿真结果进行对比，结果证明该方法实用有效．     

并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法.以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程.利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究.为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明:由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符.多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能.这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法.     

平面三自由度并联机构逆动力学的模块化计算方法

应用模块化计算方法研究了平面三自由度并联机构的逆动力学,计算效率能够满足实时控制的要求.首先对平面三自由度并联机构进行了系统分类和描述,通过对各类支链的运动学及动力学逆解的分析,应用Newton-Euler法建立平面三自由度并联机构的逆动力学模型,提出了平面三自由度并联机构动力学逆解模块化计算软件的系统构架,结果表明该方法适用于各类平面三自由度并联机构的逆动力学自动建模和可重构设计,并给出了一台新型并联机床的分析实例.     

一种新型并联灌注机器人动力学分析与仿真

针对用于大型航天器防热层灌注的3PSS-PU并联灌注机器人,进行动力学分析与仿真验证。建立并联机构逆运动学模型,通过对数学模型求导,分别求解并联机构驱动滑块和连杆的速度、加速度与动平台速度、加速度之间的映射关系,得到并联机构的支链雅克比矩阵。在此基础上,利用虚功原理建立并联机构的动力学模型,并通过Mathematica和Adams软件,在动平台沿zb轴移动和沿yb轴转动2种运动轨迹下,分别对比3个驱动滑块的位移、速度、加速度以及驱动力等运动参数的理论曲线和仿真变化曲线。研究结果表明:所建立并联机构运动学和动力学模型正确,并联机构不仅具有良好的移动性能,而且具有较好的转动性能,为并联灌注机构动力学性能进一步研究以及控制系统的设计提供了理论依据。     

基于空间模型技术的新型正交5-DOF并联机床的运动学传递性能分析

提出了一种新型正交5-DOF并联机床,研究了这种新型机床的运动传递性能.推导出这种机床的运动传递平衡方程,定义了运动传递性能评价指标、速度各向同性性能评价指标及各全域性能评价指标,应用空间模型技术,绘制了各全域性能图谱,为这种新型正交5-DOF并联机床的参数优化奠定理论基础.这种新型正交5-DOF并联机床具有结构简单、承载能力强、初始装配位姿解耦、工艺性好等优点,适用于空间曲面(磨具、叶片等)零件的加工及气囊抛光等领域.     

并联六自由度微动机器人机构的设计方法

并联机构的对称性、高精度和高刚度等优点使其适合作为微动机器人机构 ,因此并联机器人的分析与设计理论和方法可推广应用于微动机器人。研究微动机器人机构的设计方法 ,建立了并联六自由度 Stewart微动机器人的空间模型 ,并分析了该微动机器人的机构尺寸与性能指标的关系 ,得到了各向同性、刚度性能图谱 ,是探讨微动机器人机构设计的有效分析工具     

一类二自由度并联机器人的动力学分析

为了准确评价机构动态性能,以模态试验为主要内容,采用LMS动态分析系统时并联机器人进行了动力学试验.通过简化模型的模态分析,对样机进行直接的动态性能评估,获得该时变机构的模态参数变换规律.同时分析了该机构在典型位姿处的整体模型的模态,得到影响动平台精度的关键模态,确认了需要改进的结构参数.试验结果可用于改善机构的动力学性能.通过对比分析验证了本研究中提出的试验方法适用于时变模态的试验研究.