冗余并联机构的精度分析

精度和误差是并联机构的重要评价指标,在实际工程中,对并联机构都有很高的精度和误差的要求。在理论上,并联机构应该比串联机构的精度更高,但由于并联机构具有奇异位形,因此并联机构的精度甚至还没有串联机构高。该文求出了2自由度非冗余并联机构和冗余并联机构的精度和误差表达式,分析了一类奇异点和二类奇异点在精度方面的差别。同时指出,要想部分甚至于完全消除机构的奇异位形,引入驱动冗余这一概念是个非常好的方法。     

少自由度并联机构研究进展

各种新型少自由度并联机构的理论和实验研究是近年来国内外机器人领域中十分重要的研究方向和前沿技术。与6自由度并联机构相比,其本质差异在于少自由度并联机构存在结构约束,使并联机构的分支中出现了约束力/矩。当机构运动受到约束,其末端运动呈现耦合。由于结构约束形式各异,使得少自由度并联机构在运动中表现出不同的运动特性。本文综合评述了少自由度并联机构机型、运动学、机构奇异、动力学、刚度研究进展,旨在为各种新型少自由度并联机构研究和相应理论体系的发展提供具有重要价值的信息。     

3-SPS/PPS并联机构运动学分析

为了实现一种空间上三维转动和两维平移的运动形式,提出了一种3-SPS/PPS为构型的五自由度并联机构,该机构的驱动支链为SPS支链,约束支链为PPS支链.应用螺旋理论对3-SPS/PPS并联机构的支链进行了理论分析,对并联机构的自由度进行计算,求出了并联机构位置方程的表达式.通过三维建模软件建立了3-SPS/PPS并联机构的模型,利用ADAMS软件进行运动仿真分析,从而得到了3-SPS/PPS并联机构在逆解下的位移曲线变化图,同时得到了在正解下的位移、速度和加速度运动曲线图,验证了3-SPS/PPS并联机构的自由度,为并联机构的应用提供了理论参考.     

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.     

一种新型三自由度平面并联机构的运动学解析

根据少自由度并联机构的诸多优点,提出了一种新型三自由度平面运动并联机构,介绍了该机构的组成,推导了该并联机构的运动学正逆解求解公式,分析并求解了该并联机构的奇异性、工作空间和被动关节等相关问题,并给出了雅克比矩阵.求解结果表明,该并联机构运动学正、逆解方程均具有显式表达式,易于实现实时控制,能够满足工程实际应用.     

4-RPC并联机构及其衍生机构的运动学研究

根据螺旋理论分析了4-RPC并联机构各支链的运动螺旋和约束螺旋,确定了机构的自由度.由于4-RPC并联机构及其衍生机构在结构特性和运动学性能上具有相似性,因此以4-RPC并联机构为例,间接研究了该类机构的运动学特性.     

基于螺旋理论的两转一移解耦并联机构型综合

强耦合性是并联机构的一个显著特点,如果能使并联机构的运动部分解耦或者完全解耦,将使并联机构的理论分析、实际应用等方面变得容易。为此,本文基于螺旋理论、机构运动螺旋系与分支运动螺旋系之间的关系,提出了移动解耦分支型综合准则和转动解耦分支型综合准则,确定了并联机构转动条件及输入运动副选择原则,形成了两转一移解耦并联机构型综合方法,并以此对两转一移解耦并联机构进行了综合并得到了许多新型机构,从而验证了该方法的正确性和可行性。     

类Exechon并联机构模块可重构概念设计与运动学分析

可重构与模块化设计是实现并联机构多功能、提升装备加工柔性的关键技术.受商用Exechon并联机构模块优异性能的设计启发,在其变异机构Exe-Variant的基础上,应用机构变异思想提出两种类Exechon并联机构模块——Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ.基于可锁定关节、模块化支链以及可重构并联机构的设计思路,依次开展Exechon、Exe-Variant、Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ等4种类Exechon并联机构的模块化、可重构概念设计.针对以上并联机构模块进行运动学分析:运用螺旋理论分析类Exechon并联机构的系统螺旋系,构建类Exechon并联机构的系统全雅克比矩阵,依次分析机构自由度和奇异性;通过矢量闭环方程推导其逆运动学模型和动平台连带运动;以"分层切片"的工作空间搜索方法预估其工作空间.运动学对比分析表明:对类Exechon并联机构模块开展的可重构设计,保留了并联机构的自由度类型和结构奇异性特征,并显著改善了部分类Exechon并联机构的逆运动学连带运动的复杂程度以及动平台可达工作空间的分布.最后,借助3D打印技术制作了Exe-Ⅰ并联机构模块的原理样机,运动学精度实验结果与理论分析结果吻合较好,数据的绝对误差在±0.4 mm以内,并且其相对误差不大于实验值的3.2%,验证了运动学分析的正确性.本文提出的可重构与模块化概念设计,可为类Exechon并联机构模块的高效可重构设计及其工程应用提供关键技术支撑.     

6-RRS冗余驱动飞行模拟器运动学与工作空间分析

提出一种以6-RRS球面并联机构作为运动机构的冗余驱动飞行模拟器.该机构具有3个转动自由度、6个驱动、3个冗余驱动,由2个完全相同的3-RRS球面并联机构构成6-RRS球面并联机构.该机构广义上具有一个定平台和一个动平台,整个动平台即为飞行模式器座舱.在3-RRS球面并联机构运动学分析的基础上,给出了6-RRS球面冗余驱动并联机构的运动学分析,包括机构的方向余弦的建立、反解和正解及该机构的工作空间分析.     

3/6-SPS并联机构的奇异位形及瞬时运动分析

应用螺旋理论研究了3/6-SPS型并联机器人的奇异位形,建立了静力学平衡方程并求出该并联机构的雅可比矩阵J,结合位形参数和雅可比矩阵推导出了并联机构奇异位形的判别矩阵D,并通过判别矩阵D找到并联机构的一个奇异位形.然后讨论了并联机构在奇异位形的瞬时运动,根据螺旋理论得出该运动是个并联机构6个杆件约束力的反螺旋,是一个瞬时的螺旋运动,最后给出了瞬时螺旋运动的形成条件和数学证明.     

基于单开链单元的三平移一转动并联机器人机构型综合

以单开链支路的单元,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了输出运动为三平移及一定向转移并联机器人机构综合的一种系统,有效的新方法,型综合共得到50个新机构,并进行了分类,提出了4d.o.f并联机器人机械综合方法具有普遍性意义,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。     

3-RCT三维移动并联机器人机构及其位置分析

在机器人结构型式中,并联机构的应用越来越广泛,因此关于并联机器人机构的研究也日趋重要。根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,构造了一种能实现空间三维移动的并联机器人机构——3-RCT并联机构,分析了该机构实现空间三维移动的机构学原理,给出了其位置正逆解的分析方法,并进行了数值验证。该机构结构简单、计算容易、输出运动只含三维移动而不合任何转动,有较好的应用前景。     

3-TPT三维移动并联机器人机构的精度分析

针对具有相似平台的3-TPT型三维移动并联机器人进行了研究,根据其位置反解方程,采用机器人微分理论,以误差向量的范数表示动平台中心点的误差,建立了该机器人精度分析的数学模型.通过计算机仿真绘出了输出误差的走势图,分析研究了机器人的结构尺寸变化和位姿变化对机器人精度的影响,为该机器人机构的设计、制造及装配提供了指导性依据.     

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。     

精密并联机器人系统误差的分析与补偿

为减小机构末端定位误差,提高精密并联机器人运动精度,以6-HTRT并联机构为结构模型,分析了机构的各种制造误差。首先在机构上开发了一种新型虎克铰链,同时采用了预紧装置;然后在控制系统中引入DSP高性能数据处理器;最后,用矢量构造的方法计算机构速度Jacobian矩阵,用数值法计算位置正解,用构造法计算误差Jacobian矩阵,对机构末端误差进行补偿。通过以上措施,可以使系统的精度提高到机构重复运动精度的3倍左右,满足精密并联机器人工作的精度要求。其中,软件误差补偿算法不受并联机构类型的限制,有较大的适用范围。     

6-PRRS并联机器人正逆奇异性研究

基于雅可比矩阵研究了一种6-PRRS并联机器人的奇异性问题.对于正奇异,推导出一种基于速度投影的雅可比矩阵求解方法,提出了空间瞬时轴这一新的概念,并给出奇异产生时并联机构正奇异的表现形式.对于逆奇异,将并联机构拆分成多个串联机构,由指数积方法求得其雅可比矩阵,并证明了机构逆奇异产生时的雅可比矩阵为奇异.基于正、逆奇异,又提出了一种更为特殊的复合奇异现象,即在某个特定的空间位姿下,正、逆奇异同时发生,并给出了可能的存在形式.所提雅可比矩阵的求解过程及其奇异性的证明,以及对机构奇异的表现形式的描述,为研究并联机构的奇异性提供了新的、直观的方法.     

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     

基于影响系数的并联机器人机构运动分析

从单开链 (SOC)入手 ,应用矢量的矩阵表示方法 ,引出了一阶转动及移动、二阶转动及移动影响系数的概念 ,并合并得出了一阶、二阶运动影响系数的表达式 ,该表达式与机构的运动参数无关 ,只与机构的位形有关 ,从而使速度分析、加速度分析能以极简单的显式表达 ,不需任何求导过程 ;进而根据单开链(SOC)与并联机构的联系 ,通过各支路运动输入与输出之间的关系 ,取其只与主动副有关的方程 ,最终得出了并联机构对应于广义坐标的一阶、二阶运动影响系数 ,为并联机器人机构的运动分析奠定了理论基础     

Structure and kinematic analysis of a novel 2-DOF translational parallel robot

This paper addresses the analysis of a novel parallel robot with 2 translational degrees of freedom (DOFs). The robot can position a rigid body in a plane with constant orientation. The kinematic structure of the robot is first described in detail. Some kinematic problems, such as the inverse and forward kinematics, velocity, and singularity are then analyzed. The working and assembly modes are discussed. Since it is the most important index to design a robot, the workspace of the robot is studied systematically in this paper. Based on the analysis of reachable workspace and singularity, a kind of workspace concept characterizing the region that the end-effector of the robot can reach in practice is defined. The results of this paper will be very useful for the design and application of the robot.     

Structure and kinematic analysis of a novel 2-DOF translational parallel robot

This paper addresses the analysis of a novel parallel robot with 2 translational degrees of freedom (DOFs). The robot can position a rigid body in a plane with constant orientation. The kinematic structure of the robot is first described in detail. Some kinematic problems, such as the inverse and forward kinematics, velocity, and singularity are then analyzed. The working and assembly modes are discussed. Since it is the most important index to design a robot, the workspace of the robot is studied systematically in this paper. Based on the analysis of reachable workspace and singularity, a kind of workspace concept characterizing the region that the end-effector of the robot can reach in practice is defined. The results of this paper will be very useful for the design and application of the robot.