4UPS+UPU并联机构运动学分析

并联机构的运动学是研究其动力学特性和控制系统设计的基础,运动学的求解过程对并联机构后续的运动学和动力学特性分析影响很大。基于欧拉变换法,对4UPS+UPU并联机构进行了运动学分析,推导出位姿、速度和加速度的解析表达式及Jacobian矩阵和Hessian矩阵。通过数值仿真,得到了在给定动平台运动规律下的驱动支链长度、速度和加速度的变化规律。仿真结果表明驱动支链长度、速度和加速度的变化曲线均过渡平滑,有利于驱动杆的控制,有利于保证的机构动态特性。     

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。     

蠕动转向关节动力学建模与分析

为确立拱泥机器人蠕动转向关节的运动关系,提出了可实现直行和转向运动的3自由度并联机构动力学模型.基于对3-UPS并联机构运动特性的分析吗,首先建立了3-UPS运动学模型,得出3-UPS并联机构动平台和各支链的速度以及加速度关系式.基于Lagrange方程建立3-UPS并联机构的动力学模型,确立了系统的驱动力、驱动力矩以及各个支链主动杆的驱动力.利用Matlab软件对其动力学模型进行仿真分析,得到的驱动力和驱动力矩变化曲线为拱泥机器人控制系统设计提供了技术支撑.也为少自由度并联机构动力学分析提供参考.     

基于Kane方程的3SPS+1PS并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3SPS+1PS并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,基于凯恩方程法,从并联机构的运动学出发,建立了各主动支链与动平台中心点速度、加速度之间的关系。选取动平台中心点的速度和姿态角的导数为广义速率,得到了各构件的偏角速度、偏速度,考虑并联试验机的摩擦环节,建立了库伦摩擦模型;并通过得到的广义惯性力、广义主动力和广义摩擦力建立并联试验机的动力学模型。通过对动力学模型仿真得到主动支链的驱动力和驱动功率,并分析其动力学特性及摩擦力的影响。     

3自由度并联机构的动力学各向同性评价方法

该文以应用于高速、高加速混联加工装备中的一种3-PRRU空间3自由度并联机构为研究对象,研究其动力学建模及动力学各向同性评价方法。基于虚功原理,建立了3-PRRU并联机构的动力学模型,并从动能角度出发,提出了两个评价机构各向同性性能的指标。针对该指标,提出了一种5维图像描述方法,并对3-PRRU并联机构进行各向同性性能评价。该动力学各向同性评价指标具有量纲统一、物理意义明确的优点,可以更准确地对并联机构的动力学性能分布进行表征。     

考虑驱动摩擦效应的冗余并联机构动力学建模

为了对喷管段的型面进行精确控制,设计一种可以实现姿态调整的平面3自由度4-PRR冗余并联机构,根据机构运动特点,利用闭环矢量法求解该机构运动学逆解。在运动学的基础上,结合虚功原理和牛顿-欧拉法2种动力学建模方法建立考虑驱动摩擦效应的动力学模型。首先利用虚功原理和范数最小原则建立不考虑摩擦效应情况下该机构的逆动力学模型,然后基于该动力学模型,结合牛顿-欧拉法建立考虑"库仑+黏性"摩擦效应的动力学模型,利用MATLAB软件对所建立的2种动力学模型进行工程实例仿真,得到2种情况下的驱动力曲线,分析考虑摩擦效应与否的驱动力变化规律。研究结果表明:摩擦效应对驱动力影响显著。     

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.     

高加速度的柔性3-RRR并联机构尺度综合设计

该文以设计高加速度的平面柔性3-RRR机构为目的,研究一种平面3-RRR并联机构的尺度综合设计方法.建立机构的运动学逆解方程、速度和加速度传递方程以及动力学逆解模型.根据机构的特点,给定末端速度和加速度曲线,分析机构输入和输出加速度与设计参数之间的关系,提出兼顾最大加速度和作业空间要求的并联机床尺度综合设计方法,并通过具体的设计计算,证明该方法可行.最终给出一组满足速度、加速度以及工作空间要求的尺寸参数.     

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.     

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.     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

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·     

Diamond并联机械手动力学仿真的Simulink实现

以Diamond并联机构为研究对象,建立系统的数学模型,并基于Matlab-Simulink模块集建立了该并联机构的运动学和动力学仿真模型。设置各项参数后,对该并联机构进行动力学仿真,得到了各构件的运动曲线和动力特性曲线。与其它方法相比,该方法建模方便,可直接观察机构运动特性变化,有利于对机构进行分析,为进一步研究机电联合仿真奠定了基础。     

三自由度SP+SPR+SPS并联机构的运动学和工作空间分析

提出了一种新型的SP+SPR+SPS三自由度并联机构。首先,分析了该机构的位置正、反解。其次,导出了该机构的Jabobian矩阵和Hessian矩阵,并求得了速度、加速度及静力学公式。再次,采用计算机辅助设计的变量几何法求解了该机构的工作空间。最后给出了该机构运动学的数值算例。     

基于旋量分析的4-PaUS/PPPU并联机构设计与性能仿真

由于并联机器人的多环结构能有效解决串联机器人在高精度加工领域精度低，刚性差，响应慢等问题，因此通过旋量法设计了一种新型4-PaUS/PPPU的2R3T并联构型，利用旋量理论分析了该机构的自由度，给出了机构的逆运动学逆解解析式。由运动/力传递性能分析结果可知，在工作空间内并联机构ITI值在0.7以上，运动/力传递性能良好。     

一种并联式太阳能聚光器二轴跟踪机构能量消耗

该文针对传统太阳能聚光器二轴跟踪机构刚度低、能量消耗大等问题,提出一种具有驱动冗余的并联式太阳能聚光器跟踪机构,并研究其动力学建模方法及能量消耗。首先基于跟踪机构的运动学模型,利用虚功原理推导其动力学模型;然后规划跟踪机构跟踪太阳运动轨迹,并分析其跟踪太阳运动过程中驱动力变化以及能量消耗;最后比较该驱动冗余并联跟踪机构与其对应的非冗余跟踪机构在相同运动条件下的驱动力以及能量消耗。仿真分析结果表明:该文提出的跟踪机构具有高刚度、低能耗的优点。     

水平滑块式三杆并联机器人动力学建模与分析

用拉格朗日方法对创新的3PTT型水平滑块式三杆并联机器人机构进行了动力学建模,为该机器人的控制提供了基础·还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,分析结果证明,该机器人在工作空间内部,其加速特性和动态特性良好,而在工作空间边缘,加速特性和动态特性变差·滑块驱动力随平台重量增加而增加,加速时间应适当,且磨削力对滑块驱动力也有影响·该新型并联机器人动力学性能良好,具有很好应用价值·     

双端虎克铰型六自由度并联机构的动力学模型

为对支链两端为虎克铰型的并联机构进行优化设计及运动仿真,建立了六自由度的该类并联机构的动力学模型。基于运动学分析推导了机构的几何Jacobi矩阵,采用Newton-Euler法建立了所有构件的动力学方程,根据D'Alembert原理的约束理想性条件并利用几何Jacobi矩阵消去各方程中的未知约束反力,最终得到了各主动副驱动力的表达式。以一个六自由度运动平台为例进行计算,验证了该模型的正确性。该模型可用于实际的支链两端为虎克铰型的并联机构的分析和设计。