6自由度绳牵引并联起重机器人的研究进展

阐述绳牵引并联机器人的优点及应用领域,介绍基于矢量封闭原理,按绳的根数与末端执行器自由度数之间关系的绳牵引并联机器人的分类方法.指出每类机器人都可作为起重机器人用于货物吊装,以及在机构类型为欠约束的,由3根绳牵引的6自由度并联起重机器人的每个支链上加上1个移动自由度的杆支撑机构,从而产生新型6自由度机器人系统的概念.研究该类机器人机构构型配置与吊具可控工作空间的关系,提出简化而可行的反馈控制策略,以实用化吊具轨迹跟踪控制方案.拓展该新型6自由度机器人系统的含义,提出含3个刚柔混合支链的6自由度并联起重机器人的概念,并将其应用到对大型造船门式起重机的改造上.     

一种新型4自由度并联机器人自由度分析

采用对称结构的4自由度并联机器人一般是过约束机构.采用传统的机构学理论和方法对其运动自由度进行分析往往会得出错误的结论,现采用螺旋理论对一种新型的、结构对称的4自由度并联机器人进行了全面的自由度分析,证明了这种机构运动平台的自由度数目及其相应的自由度特性,为这种机构进一步深入的研究打下了基础.     

三维平动并联机构型综合研究

提出了一种简单而有效的三维平动并联机构型综合新方法,应用的理论基础是螺旋理论.为此,首先列举了该类机构所有可能的支链结构,根据螺旋理论中运动螺旋与约束力螺旋之间的互易关系提出一种机构型综合方法,并利用该方法系统地进行了三维平动并联机构的型综合,得到了数十种新型机构.为验证该机构型综合的重要意义,给出了三维移动并联机构应用于生物细胞显微操作的一个具体实例.     

一种少自由度并联机器人雅克比分析的新方法

提出一种对称少自由度并联机器人雅克比方阵的建立方法.利用螺旋理论分析单个支链的结构,找出动平台对驱动关节的映射系数,根据不同的输入选取,对映射系数进行组合,去除映射系数矩阵中非独立运动参数对应的列,得到满秩的映射系数矩阵.对映射系数矩阵求逆,得到对称少自由度并联机器人的雅克比方阵,说明了运动输入与运动输出之间的对应关系,并得到实例验证.     

一种新型空间三自由度并联机器人的运动学与工作空间分析

提出一种新型三自由度并联机器人机构．该新型并联机器人由定平台、动平台和3个连接支链组成,其动平台相对于定平台具有两个转动和一个移动自由度．各运动支链结构完全相同,且都含有一个闭环子链．该并联机器人只含转动副,具有结构对称和工作空间大的特点．文中对该新型并联机器人的结构进行了详细描述,并应用螺旋理论分析了其运动特性;根据运动链等价替换原理,给出了该并联机器人的运动学反解和正解,并进行了工作空间分析。     

一种新型两自由度高速并联机械手的尺度综合

对含被动支链的两自由度平动并联机构的概念设计进行了研究,归纳了被动支链的几种可能构型.运用螺旋理论对被动支链进行自由度分析,进而提出了一种新型高速并联机械手机构,该机械手包含两条主动支链和两条被动支链,其中被动支链用来对动平台的姿态进行约束,并提高机械手的刚度.在进行运动学分析的基础上,以机械手雅克比矩阵条件数在工作空间上的平均值和最大值的加权值为性能指标,对该并联机械手机构进行了尺度综合.研究表明,该两自由度平动并联机械手可与一单自由度进给机构组合,构成一个三自由度平动混联机械手,适用于工业领域的高速拾放操作.     

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.     

基于螺旋理论的2T2R完全解耦并联机构构型综合

针对并联机构的运动往往是非线性、强耦合的问题,基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出了两移两转(2T2R)类完全解耦并联机构构型综合方法.首先,根据2T2R完全解耦并联机构的运动特征和完全解耦并联机构的正、逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足期望形式的正、逆雅可比矩阵;其次,根据正、逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后,根据并联机构运动原理依次取出4条支链连接动平台和定平台得到并联机构.综合的完全解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正、逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景.     

面向骨折手术的三支链六自由度并联机构设计

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理...     

基于螺旋理论三自由度并联机器人型综合新方法

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节,基于螺旋理论,从并联机构运动链分类的角度,提出用约束添加法对三自由度并联机构进行型综合,让主动链控制所需的自由度,而从动链约束不需要的自由度;提出了相应主动链和从动链各种类型,并对约束链作了较详细的分类,通过不同组合可得到不同性能的新构型.最后通过实例进一步阐明这一方法.该方法使型综合步骤更简洁,只要选择与自由度数相同个数的主动链,并合理选择约束链就可以组合出新的并联机器人.     

Type Synthesis of Fully-Decoupled 3R2T Parallel Mechanisms Based on Driven-Chain Principle

To avoid the existence of nonlinear and strong coupling in parallel mechanisms,it is necessary to address special care to the type synthesis of mechanisms,especially for the type synthesis of fully-decoupled parallel mechanisms. Based on the screw theory and the driven-chain principle,a methodology of structural synthesis for fully-decoupled three-rotational( 3R) and two-translational( 2T)parallel mechanisms was proposed by analyzing the characteristics of the input-output relations for fully-decoupled parallel mechanisms.Firstly,according to the desired kinematic characteristics of fullydecoupled parallel mechanisms,a method was presented by virtue of screw theory to synthesize the desired forms for both the direct and the inverse Jacobian matrices. Secondly,according to the feature of the direct and the inverse Jacobian matrices,the effective screws,the actuated screws and the mobile un-actuated screws of each leg were established based on the reciprocal screw theory and all possible topology structures fulfilling the requirements were obtained.Finally,the desired fully-decoupled parallel mechanisms could be synthesized by using the structural synthesis rule and structural synthesis of fully-decoupled 3R2 T parallel mechanisms could be obtained exploiting the abovementioned methodology. Furthermore,the Jacobian matrix of a synthesized 3R2 T parallel mechanism was deduced to demonstrate the decoupling feature of the parallel mechanism,which also validated the correctness of the methodology of the type synthesis for fully-decoupled 3R2 T parallel mechanisms.     

并联微动机器人的研究现状

阐述了微／纳米技术的发展对微动机器人进行研究的意义，分析了国内外微动机器人尤其是并联微动机器人的研究现状．对并联机器人的机构类型、运动学性能、静力学和静刚度性能、动力学、精度、运动学标定以及微动机器人的系统检测和测试进行了分析研究．提出了进一步研究的内容和任务，得出了新型结构并联微动机器人系统开发的研究方法和技术路线．     

一类新型三平移并联机器人机构的位置分析

分析了一类新型三平移并联机器人机构,求得真正逆运动位置的解析解,较之已有的三平移并联机构,此类机构不仅位置分析解数低,求解容易,而且正解还具有一定解耦性,机构运动的解耦性与机构的拓扑结构、尺度型、主动副的选择等多种因素有关,本文研究的新机构采用特殊的几何配置极好地敢并联机构多支路对称布置时不利于解耦、易多出非独立输出运动项的弊端,同时,发现C,P副的采用可降低运动求解特征数（方次）,而将C副中的线性移动作为主动输入其解耦程度优于将旋转运动作为主动输入,机构运动的解耦性为并联机器人的实时控制与规划提供了有利基础。     

基于广义几何误差模型的微机器人精度分析

为描述各种误差源对机器人本体产生的影响 ,提出了一个用于微机器人精度分析的通用方法。通过任意两坐标系间的向后微分关系 ,利用运动学方程以及并联机构的环路特性 ,建立了微机器人的广义几何误差模型。利用此模型 ,可以对微机器人进行精度评估和误差修正。该方法可推广应用到一般并联机器人的误差建模和精度分析     

并联机构的结构描述

对并联机构的结构描述问题进行了探讨,给出了描述并联机构结构的矩阵方法和字符串的方法,为空间机构特别是并联机构的数字化设计创造了条件.     

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.     

3种构型的6自由度绳牵引门式起重机器人的运动学位置逆解分析

借助Matlab软件,通过运动学逆解分析3种不同构型配置的6自由度起重机器人机构的运动学欠约束问题.研究结果表明:对3根绳牵引的6自由度起重机器人机构构型的改进中,3根主梁互相平行的机构是运动学位置逆解欠约束的,而其他两种机构的约束是充分的,改进的机构不都是运动学约束充分的.     

并联Delta机器人及其轨迹规划方法研究

并联Delta机器人具有定位精准、刚度高、可操作性好、结构紧凑等优点,被广泛应用于航空、航天、海底作业、微机电系统和辅助医疗等方面。从Delta机器人发展至今,解决智能自动生产线上的大批量或小批量柔性制造中的高速、高精度轨迹跟踪等拾放作业任务难题,是该领域研究的重点和难点。本文对国内外并联Delta机器人轨迹规划研究发展进行了回顾,重点阐述了并联Delta机器人拾放操作轨迹规划研究现状。针对并联Delta机器人的发展趋势进行了相关展望,以期为并联Delta机器人轨迹规划领域相关研究学者提供参考。     

基于故障树方法的并联机器人失效分析

 用故障树方法,分析了并联机器人失效问题,给出了典型并联机器人的失效级别、失效形式、失效原因和失效后果。采用故障树分析法建立并联机器人故障树,基于概率层面,给出了可能失效的相关定性、定量分析,得出了并联机器人失效的薄弱环节和一般规律,可确保并联机器人在应用中具有高可靠性。     

机器人的未来发展:从工业自动化到知识自动化

 重点围绕软件机器人、知识机器人、平行机器人和相关的机器人学,对机器人发展的历史与趋势进行探讨。主要观点如下:1)在加强和提高现有工业机器人,特别是以物理形态为主的机器人技术与应用的基础上,必须重视以软件形态为主的机器人,特别是知识机器人和虚实互动的平行机器人技术的发展;2)工业机器人曾在工业自动化过程中发挥过重要作用,知识机器人的未来是知识自动化,必将在智能产业中起关键和核心作用,连通物理、社会和信息空间,使工业制造系统从过去的牛顿式机械系统成为默顿式智能系统,这就是未来机器人发展的主要特征。