仿生柔性并联机器人的逆运动学与优化设计

提出一种绳索驱动的柔性仿人头颈并联机器人,其基座和动平台由3根绳索和1个压缩弹簧连接.采用压缩弹簧模拟人的颈椎作为并联机器人的支撑脊柱,以绳索模拟人颈部肌肉对机器人进行驱动控制.将作用在动平台上的外力等效为动平台中心的矢量力和力矩,基于力和力矩平衡条件,结合压缩弹簧侧向弯曲方程,解得机器人的逆运动学模型.为了使绳索驱动力最小,以绳子拉力的最小平均值和最小-最大值为优化目标,基于非线性最优化拟牛顿算法对绳索在基座及动平台上端点位置进行了优化设计.仿真结果验证了并联机构逆运动学模型和优化方法的正确性和可行性.     

非对称2T1R并联机构的运动学和灵巧性分析

提出一种非对称空间并联机构,其动平台相对于静平台具有两个移动和一个转动自由度。利用单开链单元理论对机构的运动输出特性进行了分析,并对其自由度数目进行了计算。推导出机构位置的正、逆解析解,以及速度矢量方程。根据机构灵巧性分析可知,当机构处于某一特殊位形时,其运动学条件指标等于1,即该机构为各向同性并联机构。因而所提出机构具有良好的运动学性能,在工业机器人、医用机器人和微操作机器人等领域具有潜在的应用前景。     

新型4自由度并联机构的动力学建模与分析

对虚拟轴工作台并联机构做了静力分析和动力分析.采用分析静力学的虚位移原理建立静力平衡方程,并用该方程计算了机构处于某种静力平衡状态下的平衡驱动力及力矩.采用影响系数矩阵及应用达朗贝尔原理建立了机构的动力学模型,并对并联机器人做了虚拟样机动力学仿真.机构的力分析为虚拟轴工作台样机的主动副驱动力设计提供了参考.     

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。     

一种新型四自由度并联机器人

提出一种用铅垂导轨上4个滑块作为原动件的新型四自由度并联机器人。该并联机器人的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动。研究了该并联机器人的运动学建模方法,给出了运动学正、逆解,用Grassmann几何法分析了该并联机器人在其工作空间人不会出现奇异形位。基于该四自由度并联机器人可以非常方便地开发具有大工作空间的五轴联动数控机床。     

基于并联机构及MR阻尼器的多维减振平台半主动控制研究

分析了磁流变阻尼器的力学特性,将其应用于多维减振系统中。采用经典的三平移并联机构作为多维减振平台的主体机构,推导出其位置逆解公式;建立了系统动力学状态方程模型,以运动学方程得到的支路加速度作为输入信号,控制器采用了基于线性二次型最优控制理论的半主动控制算法。考虑到动态过程中机构动力学方程的复杂性,采用稳态方法对并联机构处于某一运动姿态的支路移动副振动进行控制,从而控制了整个平台的振动。仿真结果表明,所采取的控制算法有较好的控制效果。     

3-RRRT并联机器人位置分析

本文旨在研究和分析3-RRRT并联机器人位置的正、反解问题．运用了齐次坐标系法和空间矢量法对3-RRRT并联机器人机构进行了分析，用解析的方法给出了该并联机器人的8组位置反解，采用数值方法给出了该并联机器人的位置正解．并基于I-deas系统下的实体模型，应用MATLAB语言及其优化工具箱，实例验证了该数学模型的正确性．     

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。     

一种并联骨折手术机器人的安全运动控制方法

骨折手术机器人是实现精准微创骨折复位的优势方案．现有骨折复位手术器械存在效率低、精度差、缺乏复位安全策略等问题，难以保证安全高效的治疗．为解决上述问题，本文提出一种并联骨折手术机器人及基于全关节逆解算法的安全运动控制方法．首先，针对该并联机构开展全关节逆解分析．由骨折复位轨迹的离散轨迹点获取机器人末端的位姿，建立机器人机构的闭环矢量方程，以关节转角为未知量整理多元一次方程组，考虑关节间的运动约束通过两条运动链解析求解所有关节转角．其次，设计安全运动控制系统．上位机设置正常、预警及超限3种状态．在机器人运行过程中，由上位机读取复位轨迹离散点的位姿信息，通过全关节逆解模型计算出下一轨迹离散点对应的关节转角并判断运行状态，若超限则发送指令使机器人停止运动，并显示发生危险的关节位置．最后，开展安全运动仿真与实验研究．仿真表明全关节逆解模型可快速计算出全部关节的运动状态并准确进行安全判断．实验结果表明，骨折手术机器人运行过程中，控制系统可及时发现机器人临近危险状态并使机器人停止运动．本文提出的安全运动控制方法无需增设安全检测或保护装置，既保证了骨折手术机器人的轻质便携需求，又保证了安全高效精准的...     

新型3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形分析

分析了一新型 3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形 文章先从分析该机器人动平台的平衡情况着手 ,采用旋量及运动影响系数矩阵方法 ,推导了机构出现特殊位形的判别矩阵公式 ,由此得出了该并联机器人机构出现特殊位形的条件 由分析可知 ,该特殊位形条件只包含了机构的方位角而不含任何几何尺寸 ,故此三平移并联机器人机构属只含位置奇异而无几何尺寸奇异形的机构 论文还在大型机械动态分析ADAMS软件上建立了仿真模型 ,由此验证了分析的正确性 为该类机器人的实际应用提供了理论依据     

六自由度变胞振动试验台结构设计与动态特性分析

振动试验台是用于模拟真实振动环境的重要设备,通过建立六自由度变胞振动试验台测试系统、动力学模型及运动方程,应用ANSYS Workbench软件对振动台进行静力学分析,应用模态分析和谐响应分析模块对蛇形板簧与动平台进行动态特性分析,避免薄弱部件固有频率接近振动台工作频率而发生共振。结果表明：蛇形板簧最小共振频率发生于480 Hz附近,动平台最小共振频率发生于450 Hz附近,都远大于振动台正常工作频率：50～60 Hz,满足使用要求,为50～200 Hz机械振动台及超过2 000 Hz的超声波振动时效设备结构设计提供理论依据;并对未来多维振动设备的结构设计及工作性能分析提出展望。     

一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析

基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间(即偏转能力),研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的Z向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响.     

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。     

非对称4自由度3SPS+PS并联机构平台的力结构性能分析

非对称4自由度3SPS+PS并联机构中,4条支链在联接动静平台四个角点,以该机构为研究对象,建立了机构模型与运动学模型,并得到运动雅克比矩阵。根据运动雅克比矩阵与力雅克比矩阵的对偶关系,得到机构的力雅克比矩阵。给定动平台的负载及位置,建立受力模型,分析当负载在作用点0°~360°变化时,四个移动副的受力情况。采用MATLAB软件画出其受力图。运动学模型的建立以及分析结果对该平台样机的控制以及强度校核有指导意义。     

新型Nano-CMM二维定位平台研究

介绍了一种新型纳米三坐标测量机二维定位平台的结构设计:平台设计了无爬行的磁浮-滑动复合导轨;引入了“共平面“的导向模式,实现近零阿贝误差;并对二维定位平台力平衡和系统热效应作了优化设计。计算和实验结果表明,平台能有效解决低速驱动时的爬行问题,实现微小步距进给,满足微纳米级定位平台的要求。     

新型组合式端面油封的结构设计

设计的端面油封由静圈和动圈组成,按采用弹簧的不同,分为圆柱形弹簧组合油封和别针形弹簧组合油封,其特点是用弹簧力压缩静环与动环端面,贴合至最小间隙实现密封,在长期工作中,能以弹簧的弹力来对间隙进行自动补偿,延长其使用寿命,提高密封性能。     

基于李群理论的2R1T并联机构构型综合

应用李群理论,对2R1T(两转动—移动)并联机构的型综合问题进行了系统地研究. 通过分析满足2R1T自由度性质的动平台的李群代数结构,并依据李群代数结构与刚体运动的对应关系,确定出各支链的李群代数结构和它们的等效运动链,最终综合出4394种2R1T并联机构新构型,并绘制了支链机构简图和部分机构简图. 研究结果表明,该方法简单、规范、有效,可作为构型评价及优化的基础,也适用于其他类型并联机构的型综合研究.      

改进型Delta并联机构的动力学分析及仿真

以三自由度平动并联机构为研究对象,列出机构的速度雅克比矩阵,计算出了动平台和各个构件的速度、加速度;利用虚位移原理推导出机构的动力学方程;通过把拆杆法、虚位移原理及牛顿-欧拉方法结合起来,提出求出机构运动副约束力的新方法。理论分析表明,以上方法形式简单、计算量小、不需要考虑耦合影响。用ADAMS软件建立该机构虚拟样机,并作了动力学仿真,仿真结果验证了理论计算的正确性。     

单双跨梁对平移力与平移质量的响应仿真分析

在仿真分析高速磁悬浮列车悬浮在柔性轨道梁上的动力学行为时 ,一般直观地有两个密切相关的问题 :一是悬浮力是恒定的情况 ,即平移力问题 ;二是气隙是恒定的情况 ,即平移质量问题 .采用模态叠加技术来描述变参数系统 ,给出了将车辆等效为平移力和平移质量两种情况时 ,运行在单跨和双跨弹性梁上的动态位移的比较     

基于四元数表示法的并联机构姿态奇异研究

基于单位四元数表示并联机构动平台的姿态,推导出当6/6-SPS 型Stewart并联机构动平台处于固定位置时机构姿态奇异轨迹的解析表达式,并通过计算机仿真给出姿态奇异轨迹的三维可视化描述.还探讨了机构动平台的几何外形、动平台和定平台的外接圆半径比、动平台的位置对机构姿态能力的影响.对机构姿态能力的研究为Stewart并联机构的优化设计提供了理论依据.