机械臂运动学和动力学的李群表述

D-H参数法已经被广泛应用到机械手运动建模及分析中,但其所描述的运动都是围绕着x轴和z轴,而不能反映出y轴的运动。为了解决这个问题,本文采用旋量理论的方法,用旋量来表述出将机械臂的位置和姿态,并进一步分析机械臂的运动学和动力学。相较于传统的D-H法计算运动学正解,旋量理论是从整体上对机械臂的运动进行表述,且不需要中间参考系,几何意义清晰。利用Paden-Kahan子问题分析肘机械臂的逆运动学问题,计算出其运动学逆解,并利用旋量理论和李群-李代数,通过Newton-Euler法建立了高效的递归动力学模型。最后对于用旋量理论求出的肘机械臂运动学逆解进行仿真验证,并计算出其工作空间,结果表明用旋量理论的方法更加简洁、精确、高效。     

基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

针对传统的D-H参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意义不明确且求逆解易产生增根等不足,文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运动学建模展开研究,提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法,证明了D-H参数法与基于旋量理论的建模方法的等价性,并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机器人的速度雅可比矩阵,建立了蛇形机器人速度模型.使用Adams软件对蛇形机器人进行运动仿真,测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与Matlab计算所得的末端执行器线速度和角速度曲线一致,结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性.     

多轴加工工艺系统综合动刚度建模与性能分析

建立了机床-刀具-工件整体工艺系统综合动刚度场模型,采用实验和仿真相结合的方法计算综合动刚度场.该动刚度场可反映整体工艺系统在工作空间中不同加工位置、不同刀具-工件相对姿态的综合动刚度分布规律.提出了表征整体工艺系统综合动刚度性能的指标,该指标能定量描述多轴加工工艺系统动刚度较弱的频率区间和刚度软化的程度,可用于指导加工稳定性建模与分析.     

变截面辊弯成形装备运动特性研究

针对U型变截面零件辊弯成形工艺要求,对变截面辊弯成形装备设计方案及其运动特性进行了研究。给出了变截面辊弯成形机的结构组成与工作原理、机构模型及其运动学方程,求解了符号形式的运动学逆解,获得了变截面辊弯成形机各个驱动轴的运动特性与末端轧辊路径的几何特性、机床结构参数以及加工速度之间的数学表达式。采用Mathematica编程对逆运动学进行仿真,获得了所有驱动轴的运动特性仿真曲线,仿真运动规律与成形工艺要求一致。基于设计方案制造了变截面辊弯成形装备,并完成了变截面辊弯成形零件的成形加工实验。实例仿真和实验结果表明:装备移动关节驱动轴的运动特性与机械结构参数、加工速度以及轧辊成形轨迹曲线有关,而转动关节驱动轴的运动特性只与轧辊运动轨迹曲线有关;新方案能够完成板材的进给、拉伸和折弯操作,实现连续的变截面辊弯成形加工,成形精度可达0.397mm。     

并联机器人机床运动学正,逆解

基于一般ＳＴＥＷＡＲＴ机构研制的并联机器人机床是新一代智能化金属切削加工机床。然而，机床的运动学位置正、逆解呈强非线性，求解困难，出于机床精度的需要，本研究的模型样机在结构上采用了滚珠丝杠传动，因此又带来了关节运动耦合，导致机床运动学位置正、逆解求解更加复杂。利用运动学等效的原则，引入整机等效串联机构及分支等效串联机构，以等效广义坐标为中间变量建立机床运动学正、逆解求解迭代算法。仿真与控制实验表明     

五轴数控加工非线性误差建模与控制

针对五轴加工旋转轴旋转运动引起的非线性误差,建立了三维空间复杂曲面工件的非线性误差模型,提出了基于平滑刀轴矢量插入补偿点的方法来控制非线性误差,从而保持旋转轴速度和加速度的连续性。仿真实验验证了风扇叶片加工非线性误差的有效控制。     

结合旋量理论和代数方法的六自由度机械臂逆运动学求解算法

针对六自由度且具有相互平行的3个相邻关节轴的串联式机械臂逆运动学问题,提出一种结合旋量理论与代数方法的逆运动学求解方法。首先,通过旋量理论建立运动学模型,利用Paden-Kahan第1类子问题求解第1关节角度;其次,采用欧拉角理论,通过代数方法求解第5、6关节角度;最后,再次利用Paden-Kahan第1类子问题求解第2、3、4关节角度。以UR5协作机械臂为例,计算逆运动学得出8组解,其中逆解的最大位姿误差为10~(-15)数量级,证明了提出的逆运动学求解算法的准确性。     

基于分层递阶模型的多轴加工过程分析与运动度量规划

针对复杂曲面多轴数控加工过程的复杂性,提出了一种面向多轴加工的分层递阶构造模型,即利用铣削过程的几何、运动学与力学模型综合分析多轴加工规律.切削工件几何模型采用深度元素法,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息,同时运动学模型又为几何与力学模型提供计算依据.采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值内.五轴螺旋桨加工实验表明,在满足加工精度条件下,优化的进给速度使零件加工效率提高约20%.     

基于位姿分离法的模块化机械臂逆运动学分析

分析了7自由度冗余机械臂的运动学正逆解, 采用Denavit-Hartenberg(D-H)坐标法进行正运动学建模, 获得机械臂末端相对于基座的空间位姿; 采用位姿分离法进行逆运动学建模. 求位置逆解时, 由约束条件分别获得前4个关节角位移解析解; 求姿态逆解时, 采用欧拉角表示机械臂末端相对于基座的姿态, 减少了计算量. 以SCHUNK模块化7自由度机械臂为例,进行了运动学正逆解分析, 并基于虚拟样机进行了仿真验证.     

五轴数控仿真刀具运动分析及应用

在五轴数控仿真过程中需要经过一系列的复杂的运动学变换,得到仿真过程中的刀具运动过程.而在刀路轨迹的生成过程以及刀具的运动过程中,由于曲面曲率过大或者步长过大以及旋转的影响,加工过程会出现较大的误差,需要对误差进行分析与控制,得到质量较高的加工曲面.本文通过分析机床运动学的变化,给出了机床运动变化过程以及刀具运动的过程,...     

五轴加工中奇异问题分析及优化方法

五轴加工中旋转轴的运动会造成加工奇异问题,影响零件表面加工质量.以摆头/转台回转型五轴机床为例,通过分析相邻刀轴矢量间运动与实际加工中刀具运动路线的非线性误差,得出旋转变化率为影响五轴加工奇异问题的主要因素.笔者基于旋转变化率提出一种奇异问题优化方法:通过控制旋转变化率对刀轴矢量进行调整,从而有效避免五轴加工中的奇异问...     

基于MATLAB与V-REP的机器人加工轨迹生成与运动仿真

提出了联合MATLAB和V-REP进行机器人加工轨迹生成和运动仿真的方法.该方法首先在MATLAB中,计算机器人操作空间中刀具的轨迹,并通过逆运动学计算获得刀具轨迹对应的关节参数.然后在V-REP中,采用基于关节和连杆统一坐标系的建模方法,建立与刀轨文件一致的机器人及其加工环境的三维模型.最后通过MATLAB中的外部控制程序和V-REP中的控制脚本、MATLAB和V-REP之间的通信接口,使V-REP中的机器人模型响应外部控制程序进行运动仿真和碰撞检测.采用所提出的方法对密胺脂餐具盘的机器人铣边过程进行了仿真,仿真结果表明该方法能够生成无干涉加工轨迹和正确的机器人关节运动参数.     

数控车削槽机床的运动方程及其仿真研究

文章介绍了一种新的加工多面体和槽的机床,讨论了机床车削槽的方法,研究了数控车削槽的原理,运用坐标变换的方法建立车削槽的运动学方程,求出了工件的进给速度与刀具和工件的半径、刀具的角速度和槽的长度、深度之间的关系,并用M atlab软件进行仿真;将仿真结果进行列表和作图分析,结果表明,运动方程符合加工的要求。     

正齿椭圆齿轮的实体建模及其运动特性分析

针对椭圆齿轮齿廓生成复杂且造型困难的问题,本文依据齿条刀具范成法加工非圆齿轮的原理,建立了计算机仿真加工中刀具与椭圆齿坯间的运动学模型;由此根据齿条刀具加工中齿廓形成的规律,编写出椭圆齿轮齿廓的计算程序,该程序可方便地计算出椭圆齿轮齿廓曲线数据;最后将该齿廓曲线数据导入实体造型软件完成实体建模,并运用Adam s软件分析了椭圆齿轮的啮合及运动特性。     

双摆头五轴龙门数控淬火机床后置处理算法研究

针对双摆头五轴龙门数控淬火机床对汽车覆盖件模具进行感应淬火的要求,采用UG8.0的加工模块生成所需淬火模具感应线圈的运动轨迹;推导了该淬火机床的后置处理算法,其中包括机床A、C旋转轴旋转角的优化选择策略及其算法。开发了基于VC++6.0的专用后置处理软件,并通过VERICUT7.0数控加工仿真系统对淬火加工过程进行了仿真,验证了后置处理算法的正确性以及实用性。     

七自由度相贯焊缝检测机器人运动学逆解

针对采用D—H法求解机械手臂逆运动学存在的不足，提出几何法解决七自由度插接管焊缝检测机器人关节变量的逆解问题．该方法与矩阵变换法相比能很大程度上减少运动方程逆解的计算量，对于提高关节的控制速度极为有利．结合实际扫查的空间相贯曲线，对各关节的运动位移进行了计算仿真．结果表明，各关节的运动学逆解唯一，计算简单，运算量小，特别是对于具有多冗余度的机器人，此法能够避免奇异解的讨论，提高计算效率．     

基于ActiveX技术的3-TPT并联虚轴机床运动仿真

根据最新研制的3TPT并联虚轴机床的机构组成,对其进行了运动分析,建立了虚轴机床的运动模型,并得到了并联机构的运动学逆解表达式,同时还得到了该并联机构的运动学正解表达式·利用MDT提供的ActiveX操作机制,应用面向对象方法和ActiveX技术,进行了3TPT并联虚轴机床的运动仿真,提出了运动仿真的具体实施方法和过程·在VisualBasic开发环境下,完成了仿真程序编制工作·通过实际仿真证明:该并联机构具有运动学正反计算简单、易于实现实时控制及工作空间大等优点     

基于MATLAB的五轴坡口切割机器人运动学分析与仿真

设计了一种新型的基于机器视觉的五轴坡口切割机器人,用于满足加工平面钢材的坡口切割作业.首先,建立了五轴坡口切割机器人的SOLIWWORKS模型,验证机器人机械本体的设计是否可以满足工作要求;其次,根据SOLIDWORKS模型建立机器人的DH参数表和DH坐标简图;然后,通过机器人的齐次变换对机器人进行正运动学和逆运动学分析,从数值角度对机器人的结构合理性进行分析;最后,利用MATLAB软件对机器人进行运动学建模与仿真.用MATLAB对机器人进行运动学仿真,主要分为对机器人进行静态模型仿真,机器人的末端操作器运动空间仿真和不同路径轨迹规划下的机器人末端操作器运动仿真.通过仿真模型证明了机器人机械结构设计的可行性,为机器人控制系统和控制算法的设计提供理论支持.     

高速高精度电子齿轮箱自抗扰控制研究

针对展成法加工齿轮切削力呈周期性变化引起刀具与工件的相对位姿偏差,导致工件齿轮加工误差的问题,文章提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)的主从式电子齿轮箱(electronic gearbox, EGB)控制方法。首先,分析滚齿加工过程中机床各运动轴之间的联动关系,建立斜齿轮加工运动控制数学模型,确立主从式EGB结构模型;其次,建立EGB中各轴跟踪误差与工件齿轮齿廓偏差、齿距偏差和螺旋线偏差之间的数学关系,采用交叉耦合控制(cross-coupling control, CCC)补偿方式求解出各运动轴的补偿量,对从动轴进行补偿;然后,构建基于传统比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制和扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的ADRC-EGB,评估EGB从动轴所受的干扰并进行补偿,提高其同步精度和鲁棒性。最后,在开放式实时半实物仿真平台开展滚齿加工运动模拟实验。结果表明该EGB控制结构相较于传统EGB具有更高的同步控制精度和抗...     

并联加工机的加工过程仿真

用6参数建模方法建立了6－PSS型并联加工机的逆运动学模型,即由给定刀具位姿求解滑块的位移,并根据运动的边疆性求出滑块位移的唯一解,根据轨迹规划中得到的不同时刻刀具位姿,求出相应的滑块位移,并采用三维图形软件开发包OpenGL开发了仿真软件,以显示6－PSS的运动过程,结果验证了所建模型及插补算法的正确性。