组合柔性机械臂抑振性能的仿真及实验研究

为抑制柔性机械臂的低频固有振动,该文提出利用组合结构滞迟阻尼效应来提高柔性机械臂的抑振性能.以单根叠层组合柔性机械臂为对象,通过有限元仿真和实验,对组合柔性机械臂的减振性、结构参数和预压力对其减振性能的影响进行了研究,并由仿真实验确定了组合柔性机械臂的动态恢复力曲线.研究结果表明:与实体柔性机械臂相比,组合柔性机械臂的抑振效果显著;确定合适的预紧力和结构尺寸参数可得到最佳的抑振性能;组合柔性机械臂-质量系统的固有频率不是一常量,其大小随振幅的减小而增大;组合层之间的相对刚度对其抑振性能有影响,减小相对刚度可提高其抑振能力.实验证明,该文采用的有限元仿真方法能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,可以代替实物实验确定动态恢复力滞迟回线,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计及运动控制研究提供了有效方法.     

乒乓球捡放机械臂结构设计和优化

针对已捡放到球篮中的乒乓球如何进一步投入回收箱的问题,对乒乓球捡放机械臂进行了结构设计和优化.确定了机械臂结构形式,根据回收箱的大小分析了机械臂的运动空间,利用罚函数法和可变多面体搜索法实现了机械臂的结构优化,并采用MATLAB优化工具箱确定了最终尺寸.最后,采用铝合金材料制造了机械臂,将其安装在乒乓球捡放机器人样机上,并进行了20次乒乓球捡放实验.统计结果表明,机械臂的运动空间能够满足设计要求,可以实现乒乓球的准确投放.     

基于CAN总线通讯的机械臂控制系统设计

多关节机械臂在工业自动化中有着广泛的应用.介绍了多关节机械臂系统的原理及实现,阐述了本机械臂的控制系统硬件设计,详细分析了机械臂通信模块设计和基于SJA1000的CAN总线建立通信的过程,试验表明这种控制方式能很好地控制多关节机械臂的运动.     

三个自由度的机械臂运动优化模型

随着高科技在生产、生活中的发展,机器人技术已经成为研究热点.多关节机械臂是机器人最重要的执行机构.文章主要针对具有三个转动节点的机械臂的运动进行.这种机械臂依靠节点的转动来移动机械爪从而达到抓取东西的目的.我们利用优化的思想及空间坐标转换对这种机械臂的运动在无障碍物和有障碍物的情况分别建立了数学模型.数值实验结果表明文章所建立的优化模型具有一定的实用性和有效性.     

绳驱动仿生软体机械臂结构设计与弯曲特性仿真

提出了一种基于绳驱动的波纹状软体仿生机械臂,机械臂本体由软体硅胶制成,具有高灵活性、较好的环境适应性及人机交互安全性等特点.该机构通过利用柔顺机构学原理将软体机械臂设计为波纹状,既优化了机械臂受到绳驱动时的弯曲特性,又兼具圆柱型软体机械臂的承载性能.相比传统的刚性机械臂,软体机械臂没有任何刚性关节,因此引入了分段恒曲率假设对其定义,结合软体机械臂特点利用有限元分析软件进行仿真分析,验证了其在驱动绳不同长度变化量下的弯曲特性及受力情况.     

细长机械臂的刚度灵敏度分析与参数优化

针对细长机械臂的结构优化问题,提出了一种基于刚度灵敏度分析的参数优化方法.以三自由度固体火箭发动机内壁打磨机器人为例,首先给出了系统结构模型并建立了机械臂的刚度模型;其次,针对机械臂上7个关键部位的壁厚对弯曲刚度的影响进行了灵敏度分析,确定出对机械臂刚度敏感的4个部位壁厚变量;最后,以该4个壁厚变量为设计变量进行优化设计,得出了最优方案.仿真结果表明,经过参数优化后的机械臂刚度提高7.04%.该研究结果为此类机械臂的结构优化问题奠定了理论基础.     

绳驱动拟人臂机器人的刚度分析和优化

分析了一种绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度,这种7自由度机械臂具有特殊的串并混联结构,机械臂的肩关节和腕关节均为绳驱动3自由度球关节,通过对其刚度表达式的推导,再结合串联机器人刚度分析方法,描述了机械臂整体笛卡尔刚度矩阵的求解过程.首先描述了绳驱动3自由度球关节的推导过程,用以求解肩关节和腕关节的刚度;然后计算单自由度肘关节的刚度;最后通过结合肩、肘和腕刚度得到的关节空间刚度矩阵,运用修正的一致保守变换得到绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度.基于以上的刚度分析,提出了一种刚度优化算法用于改善机器人在运动过程中的刚度,仿真分析验证了这种算法的有效性.     

基于多目标优化的救援机械臂结构参数设计

为了综合优化双臂救援机器人双臂协同工作空间、机械臂负载能力以及机械臂末端运动速度,研究了基于多目标函数综合优化的救援机器人双臂结构参数设计方法. 由于双机械臂的协同工作空间难以进行数学描述,提出了一种基于三重积分的描述方法. 针对所建立的双臂协同工作空间、机械臂末端运动速度以及机械臂负载能力三个目标函数的综合优化问题,通过模糊层次分析法,计算每个目标函数的权重从而进行线性加权以得到综合的多目标优化函数. 基于该综合优化函数,通过粒子群算法进行多目标函数最优值求解,得到一组机械臂结构优化参数,使双臂救援机器人的综合性能达到最优. 实验结果表明所提出的双臂救援机器人性能指标的优化方法是可行的.      

基于复杂曲面磨削用机器人的机械臂结构设计

针对曲面焊缝磨削加工工艺对机械臂要求,设计了一种多关节型磨削机械臂。确定了机械臂的关节构成及其实现形式,设计了磨削机械臂的机械结构,确定了结构尺寸。对机械臂主要受力关节进行了分析,并利用三维软件对机械臂进行了仿真,仿真结果表明机械臂结构合理,能满足复杂曲面磨削焊缝工作的要求。     

卫星在轨自维护系统的动力学建模与仿真

建立了卫星在轨自维护系统的结构模型.基于动量守恒定律,建立了自维护系统末端操作器速度与卫星本体速度及机械臂各关节速度之间的关系.以操作太阳帆为例,对机械臂的运动与卫星本体姿态变化之间的关系进行了仿真分析.仿真结果表明,机械臂运动速度对卫星姿态不产生影响,而机械臂转动角度决定了卫星姿态.     

一种新型三平移并联机器人位置与工作空间分析

提出了一种解耦性比较强的三平移并联机构,建立了该机构的正反解方程,运用雅可比矩阵判断了机器人的奇异位形.采用位置正解映射法分析其工作空间,为其设计和实用化提供了理论依据.     

新型三自由度并联机床的工作空间分析

针对一种新型三自由度并联机床进行了研究，介绍了其结构布局特点，推导出位置反解方程，建立了结构约束条件，采用数值分析方法绘制出丁工作空间的Z截面边界图以及三维立体图，并定量分析了机构尺寸参数对上作空侧体积大小的影响，这些对该并联机床的合理化设计很有意义。     

3-RRRT并联机器人的位置正解研究

本文介绍了一种新型3-RRRT并联机器人的特点,推导了该机器人的位置反解方程,获得了其位置反解,采用数值方法给出研究了该并联机构的运动学正解.运用Matlab软件计算进行了验证.     

上肢外骨骼运动的逆向求解与仿真

人体上肢是个极其复杂的运动系统,其运动具有复杂性和随意性。研究上肢外骨骼的运动特性为手臂外骨骼的设计提供了重要的参数依据和指导意义。本文提出了四自由度外骨骼机构并论述了其合理性,建立了四自由度的上肢模型及其运动学方程,运用逆向运动学的方法在多种运动轨迹下对上肢运动进行仿真,并对各机构之间运动关系进行测量和分析,仿真结果为外骨骼系统的智能控制及康复训练提供了有效的参考依据。     

Workspace and rotational capability analysis of a spatial 3-DoF parallel manipulator

The analysis on the workspace and rotational capability of HANA, a spatial 3-DoF parallel manipulator, is concerned. The parallel manipulator consists of a base plate, a movable platform, and three connecting legs. The moving platform has three degrees of freedom (DoFs) which are two translations and one rotation, with respect to the base plate. The new parallel manipulator is very interesting for the reason of no singularity in the workspace, the single-DoF joint architecture and high rotational capability of the moving platform. The inverse kinematics problem is described in a closed-form, which is very useful to present the workspace geometrically. The constant-orientation and reachable workspaces for the manipulator are analyzed firstly. The index that is used to evaluate the rotational capability of the manipulator is defined and discussed in detail. Finally, the distribution of rotational capability index on the workspace is presented, which helps us know how much the index is at different point. The parallel manipulator has wide application in the fields of industrial robots, simulators, micro-motion manipulators, and parallel kinematics machines.     

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.     

3-DOF并联机器人奇异位形分析

通过对3-DOF并联机器人机构的分析,采用UG建立其三维模型;采用空间闭环向量法建立运动学反解方程,得到其全部解;通过MATLAB软件对机器人运动学进行数值仿真,以验证位置反解的正确性.采用求导法求出了雅克比矩阵,在此基础上对奇异位形进行分析.     

6-RSS并联机构的运动学、动力学分析

以6-RSS并联机构为研究对象,运用D-H方法建立了各支链构件的坐标系。推导了支链的运动学反解的解析方程,并给出了各个构件的速度、加速度与动平台的速度、加速度的映射关系。然后用牛顿-欧拉方法推导了6-RSS并联机构的动力学方程,为该类机构的动力学分析奠定了基础。     

Inverse kinematics model of parallel macro-micro manipulator system

An improved design, which employs the integration of optic, mechanical and electronic technologies for the next generation large radio telescope, is presented in this note. The authors propose the concept of parallel macro-micro manipulator system from the feed support structure with a rough tuning subsystem based on a cable structure and a fine tuning subsystem based on the Stewart platform. According to the requirement of astronomical observation, the inverse kinematics model of this parallel macro-micro manipulator system is deduced. This inverse kinematics model is necessary for the computer-controlled motion of feed.     

6-PSS并联机构的研究

研究了一种６ 自由度基点可动的并联机构,分析了其结构形式,给出了位置反解,在位置反解的基础上得出其工作空间,分析了其工作空间的特点,并将其作为数控机床的主机构,对该机床加工部分椭球面的过程进行了机构运动仿真．仿真结果表明,这种结构简单的并联机构可实现６ 轴联动,可用于加工形状复杂的空间曲面．