6—6并联机构封闭运动不位姿正解单解

用代数法研究了６－６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构封闭运动学位姿正解单解。在添加了一个附加位移传感器的基础上,解得了上平台六铰接点中三个铰接点在惯性坐标系中的矢量分量。并将其直接转化为六个自由度,从而获得了６－６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构封闭运动学位姿正解单解及其存在的条件。     

3-RPS并联机构静刚度建模方法

以三自由度并联动力头A3(3-RPS)为研究对象,提出了一种基于子结构综合和静态凝聚技术的静刚度建模和自重变形求解方法.建模过程中,将机构划分为动平台和RPS伸缩支链子结构,并综合考虑了铰链和支链弹性对静刚度的贡献.其中,球铰和转动副处理为具有等效刚度的集中质量虚拟弹簧;伸缩支链借助有限元软件和静态凝聚技术,建立了支链子结构质量矩阵和刚度矩阵;动平台处理为刚性质量块.通过引入变形协调条件,建立系统的整体刚度矩阵.研究结果表明,整机主刚度随机构位姿的变化而变化;在动平台连体坐标系下,3个方向线刚度呈对称分布且w向刚度最大;运动部件自重会导致动平台末端产生较大弹性变形.该方法所得静刚度变化规律通过实测结果进行了验证.     

并联机器人位姿误差分析

利用并联机器人的运动学反解模型,通过误差传递矩阵的求解来探讨机器人主要误差源与其位姿误差之间的关系,建立了并联机器人的位姿误差模型、并讨论了并联机器人主要误差源对位姿精度的影响,为实际误差的补偿与控制奠定了理论基础．     

液压驱动滚动并联机构运动可行性与仿真分析

提出一种新型三自由度液压驱动滚动并联机构。各条支链采用液压缸驱动的反平行四边形机构,通过支链的伸缩比放大作用实现并联机构整体的大变形,并利用液压系统响应快速、输出力强的特点,保证并联机构的移动灵活性与大负载能力。描述该并联机构的组成、特定条件下的奇异位型以及1个翻滚步态周期的5种地面支撑状态与给定机构参数下液压杆伸缩的可行域。对并联机构在5种地面支撑状态的运动可行性与可行域以及基于ADAMSTM对翻滚过程的动力学仿真进行分析。研究结果表明:该机构实现了翻滚运动,同时得到了运动过程中液压缸的位移、伸缩速度与受力数据,可为实验样机设计与构型优化提供参考。     

基于6-PTS机构虚拟轴机床的运动学分析

针对基于Ｓｔｅｗａｒｔ平台虚拟轴机床伸缩杆结构设计的困难及难及热变形对精度的影响等特点,提出了一种基于移动副（Ｐ）、虎克铰（Ｔ）、球铰（Ｓ）及固定杆长的６－ＰＴＳ机构。计算了６－ＰＴＳ机构的运动自由度,建立了６－ＰＴＳ机构运动学反解的数学模型,运用求导法推导了６－ＰＴＳ机构的一阶影响系数矩阵,即揭示了动平台的位姿速度与移动副速度之间关系的正逆雅可比矩阵,为进一步研究该机构特性奠定了基础。     

六自由度并联微动机器人全闭环控制系统研究

为了提高基于压电陶瓷驱动的3-PPSR并联微动机器人的定位精度,将一种电容式微位移传感器集成于并联机构上,采用六点式测量法同时得到并联机器人末端六个自由度的位姿.使用微位移循环修正法进行误差分析和补偿,确定初始误差并在此基础上提出了有效的误差补偿方法.在已有的压电陶瓷闭环控制的基础上,利用测量所得的并联机构末端位姿作为反馈信号,采用模糊PID控制法实现了整个机构的闭环控制.     

丝传动3-S■R并联机构运动学分析与力反馈控制

并联机构刚性高且动态性能好,用于开发力反馈设备时,在力觉刚性以及位姿分辨率方面优势明显.学界与业界多基于Delta机构开发高性能并联力反馈设备,本文采用3-S■R并联机构设计和开发出一种新型力反馈设备.采用丝传动方式并基于差动原理,提出了一种新型直线动单元作为3-S■R并联力反馈机构驱动副,有效提升了力反馈设备的位姿分辨率与力觉刚性.并联机构的位置正解效率直接影响操控力反馈设备的实时性,本文以动平台中心和球铰链中心距为中间变量,构造出量纲统一的迭代矩阵,实现了该机构位置正解模型的高效求解.相较于传统位置正解的数值方法,求解效率提升近一个数量级,大幅提升了该力反馈机构的位姿反馈实时性.在运动学模型的基础上,基于虚功原理建立了力反馈机构的力映射模型,提出一种含机构重力补偿的反馈力计算方法.基于上述方法开发算法并设计出控制系统,实现了力反馈机构的位姿实时监控及反馈力控制.通过重力补偿实验,验证了上述方法及其控制系统的有效性.     

并联Stewart机构位姿误差分析

从并联机构与串联机构的运动学等效,并联机构本身特征与并联机构实际工作空间出发,考虑各分支末端误差对最终运动平台末端误差的影响,提出了并联机构位姿误差放大因子分析法·依据位姿误差放大因子具有对误差定量分析的特点,该分析方法既可用于机构参数优化,又可用于结构精度设计·最后,给出了一个实例说明本方法的有效性·     

3-PRS并联机构误差运动学分析及辨识

少自由度并联机构是并联机构的重要分支之一。和全自由度并联机构相比,由于受到运动约束,因此在运动学标定的过程中需要对此加以分析,结合运动学方程组得到完整的辨识矩阵。该文基于3-PRS少自由度并联机构,首先对少自由度并联机构运动学标定进行误差建模,通过理论分析得到最简化的误差模型,并使用遗传算法进行了测量位姿选择,其次通过仿真计算验证了分析的正确性和有效性,最后结合仿真结果提出一种误差辨识能力分析方法。     

6-6 并联机构封闭运动学位姿正解单解

用代数法研究了6-6六自由度Stewart 并联机 构封闭运动学位姿正解单解.在添加了一个附加位移传感器的基础上,解得了上平台六铰接 点中三个铰接点在惯性坐标系中的矢量分量,并将其直接转化为六个自由度,从而获得了6 -6 六自由度Stewart 并联机构封闭运动学位姿正解单解及其存在的条件.     

并联机器人误差辨识研究

本文对考虑输入误差、间隙及结构参数误差的并联机器人位姿误差进行了研究,并在此基础上对机械手的位姿误差进行了统计分析。从统计分析的位姿误差表达式入手,应用最小二乘技术,对矛盾方程组求解,导出了并联机器人机构的各个原始误差参数的数学表达式。利用该数学表达式,可方便地求出其机构的输入参数偏差,运动副间隙和结构参数误差等多种原始误差数值。     

两操作模式2-R(SS)_2-R(RR)_2(RR)_2并联机构误差建模及精度设计

为提高多操作模式并联机构末端位姿精度,确定各误差源对机构末端误差的影响规律及其最优值,以一种两操作模式2-R(SS)_2-R(RR)_2(RR)_2并联机构为对象,研究其误差建模及其零件公差优化设计方法。运用矢量法建立了可兼顾两种操作模式的机构位置逆解模型;基于R(SS)_2支链和R(RR)_2(RR)_2支链的误差模型,建立了2-R(SS)_2-R(RR)_2(RR)_2并联机构两种操作模式统一的整机误差模型。提取不同操作模式下2-R(SS)_2-R(RR)_2(RR)_2并联机构末端不可补偿误差,建立了末端不可补偿误差与各误差源的映射关系。基于灵敏度分析得到了两种操作模式下各误差源对末端不可补偿误差的影响规律,结果表明影响机构末端位姿精度的关键误差源共有23项。综合考虑两种操作模式下机构末端位姿精度,提出了以各零件尺寸误差灵敏度系数为权重系数而构造的机构尺寸公差总和最大为目标函数的精度优化模型。通过算例得到在给定精度条件下各关键误差源尺寸最优公差,为机构零件制造装配提供依据。     

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.     

虚拟轴机床机构误差分析

该文对并联机构在现代机床上的应用作了论述,建立了虚拟轴机床并联机构的一种误差分析方法,应用坐标变换原理导出了双三角并联机构水平姿态时的误差方程组;分析了误差方程组的线性和非奇异性,给出水平姿 态时的位姿误差正解;对工作空间中心线的误差分布规律进行了仿真,绘制了其误差分布曲线。     

六自由度混联机构运动学分析

混联机构结合了并联机构和串联机构两者的优点,有效地扩大了机器人的应用范围.提出了一种由两个不同的三自由度并联机构串接而成的混联机构,对其进行运动学分析,分别求取上下两个并联模块的运动学正解方程,从而得到整个混联机构的运动学正解.通过给定机构结构参数和驱动输入参数,用一组算例求得运动学动平台位姿,并画出三维机构位姿状态图模型,更加直观地了解机构的位姿状态.然后求解其运动学逆解,按照运动学正解结果,给定机构的两组位姿,求得此时机构的驱动输入参数及各转动副的状态,对比正反解的结果,进而验证了双并联型混联机构运动学正反解模型的正确性.最后,在运动学分析的基础上,利用极限坐标搜索法,结合混联机构的运动学反解,给出机构工作空间求解的算法.给定机构的结构参数,考虑杆长约束、关节转动副约束及杆件干涉等影响条件下,利用数值搜索法在圆柱坐标系中搜索工作空间的边界.在Matlab软件中仿真得到混联机构在给定不同姿态下的位置工作空间和给定位置下的姿态工作空间.     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

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。     

一种并联机构结构误差识别与修正的新算法

为了提高并联机床的运动精度,针对简化误差源模型（含42个误差量）,基于并联机构位置正解的快速算法提出了一种结构误差识别的新算法．首先按理论并联机构设计参数,将一球杆仪的两个球铰分别固定在保持平行的动、静平台上,令球杆仪在动平台上的球铰中心相对于静平台上的球铰中心做球面螺旋线运动．然后在此前提下根据球杆仪球杆理论计算长度与实际长度之差构造m维矢量空间,依次让每一个待识别的结构参数有一个单位增量,重点修正与实测误差相关程度最高的结构参数．并通过从测量误差向量中分离出主修正向量后的残余误差向量方法提高修正效率．经过若干轮修正,直到使修正后球杆理论计算长度与实际长度基本一致,即可认为各项误差已修正完毕．该算法只需测量球杆的长度值,大大减少了测量工作量及由此而引入的误差源．     

少自由度并联机构馈能悬架运动学特性分析

为回收汽车悬架振动能量,提出一种新型少自由度并联机构馈能悬架模型;该并联机构可以将悬架的垂向振动转化为该机构动基座绕z轴的一维转动,以驱动馈能电机回收能量。运用旋量理论对该并联机构的自由度进行分析,根据支链的约束条件,分别应用位姿变换公式和牛顿迭代法建立该并联机构的位置逆解和位置正解约束方程,求得4组实数正逆解。在位置分析基础上,采用一种简单的空间投影方法进行连杆速度的计算;并得到该并联机构动基座旋转周期的一般表达式。最后利用ADAMS进行正弦、阶跃和随机三种输入仿真,验证所建模型的有效性和正确性。     

绳驱动仿腕关节绳拉力分布和可控刚度特性分析

为模拟人臂腕关节的结构功能,提出了有别于传统仿生关节的3自由度绳驱动并联结构,即通过球副连接动平台与静平台实现腕关节的转动功能。考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单向受力性,对机构的位姿结构进行静力学分析,获得绳索张力表达式,同时建立绳张力分布优化模型,通过遗传算法得到绳拉力分布情况。通过建立运动学和静力学方程对机构进行受力分析,并引入线矢量和微分变换的方式,推导出机构的固有刚度和可控刚度,建立了腕关节静态位姿结构刚度模型,并给出刚度评价指标。分析绳索张力与机构刚度的关系和可控刚度对整体刚度的影响,数值仿真分析得出腕关节机构的位姿结构刚度在工作空间中的分布规律。