新型四自由度并联机构运动学分析及其优化设计

提出一种能够实现两维移动和两维转动的四自由度并联机构,该机构包含3条UPS型驱动分支和1条UPR型驱动分支.建立了该并联机构的三维模型及位置反解方程,利用虚设机构法求出机构一阶和二阶影响系数矩阵,并推导了速度和加速度表达式.利用Jacobian 矩阵条件数对机构进行全域性能指标分析,得到机构尺寸变化对性能的影响趋势,以及所给尺寸范围内速度、加速度性能较好的尺寸.数值算例验证了性能指标分析的正确性,为机构优化设计提供了理论依据.     

新型空间5自由度并联机构的奇异位形分析与规避

采用约束支链法设计了一种新型空间5自由度并联机构,用于实现动平台的三维移动和两维转动.文中首先利用螺旋理论分析了该并联机构的自由度,推导了机构的约束子矩阵和运动子矩阵,在此基础上建立了机构的完整雅克比矩阵;然后,利用该雅克比矩阵分析了机构发生奇异的条件,并通过选择动平台工作范围或改变结构尺寸,给出了规避并联机构奇异位形的具体方法;最后,通过数值算例验证了所提奇异位形规避方法的正确性和有效性.     

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.     

考虑摩擦的含S副间隙6-SPS机构动力学分析

利用拉格朗日方程建立了理想并联机构的动力学方程,并利用连续接触模型得到了含间隙S副6-SPS并联机构的动力学方程,该机构动平台上6个运动副全部含有间隙.把动平台S副间隙简化为一个无质量连杆,其长度用随机函数表示,并在机构间隙的变化速度与机构运动速度之间建立函数关系,用机构运动速度表示机构间隙的变化速度.把动平台上6个运动副简化为一个推力轴承,研究摩擦对机构的影响,分析机构所受到的摩擦力矩.通过求解机构的动力学方程,得到机构的动力学特性曲线.结果表明:机构间隙和运动副摩擦对动力学特性都有影响,计算油膜黏性摩擦力矩时引入随机函数,使运动副球体的运动更接近真实状态.     

新型五自由度并联机构及其运动分析

提出了一种新型五自由度并联机构及其应用前景，该机构由一个RRTR分支和4个SPS分支组成，可实现空间的三维移动以及两个独立方向的转动，可用于部件装配、推拿机器人、空间机构的运动平台等应用场合。采用螺旋理论分析了能实现预定运动输出的机构学原理，计算了机构的自由度，采用直观的零位形两步法建立运动变换矩阵，求出用于实时位置控制的反解，并给出数值算例，分析了该机构在推拿机器人设计上的应用前景。     

一种新型并联工作台的空间分析

为了避免六自由度并联机构存在的制造成本高、工作空间与外形尺寸比不合理等缺点,提出了一种新型四自由度并联工作台.工作台的工作空间是衡量其性能的重要指标,因此必须要对它的工作空间进行分析.首先对工作台进行了运动建模,并在模型上建立坐标系,然后利用旋转矩阵找出工作台的动平台和机架之间的关系.从而推导出动平台四个铰链相对于机架的坐标,根据这些坐标和杆长的关系写出工作台工作空间的运动学方程,最终可以得到并联工作台的运动空间正解.     

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。     

一种三自由度并联机构刚度分析及仿真

以一种三自由度并联机构2-TPR&SPR为研究对象,对其刚度进行分析.首先利用螺旋理论的方法得到该并联机构的全Jacobian矩阵,在此基础上,考察机构外力、外力矩对支链驱动力及约束力的映射关系.随后利用力与位移的对偶关系,推导出机构的刚度矩阵,最后通过一组数值仿真实例,验证刚度分析的正确性.     

一种新型并联灌注机器人动力学分析与仿真

针对用于大型航天器防热层灌注的3PSS-PU并联灌注机器人,进行动力学分析与仿真验证。建立并联机构逆运动学模型,通过对数学模型求导,分别求解并联机构驱动滑块和连杆的速度、加速度与动平台速度、加速度之间的映射关系,得到并联机构的支链雅克比矩阵。在此基础上,利用虚功原理建立并联机构的动力学模型,并通过Mathematica和Adams软件,在动平台沿zb轴移动和沿yb轴转动2种运动轨迹下,分别对比3个驱动滑块的位移、速度、加速度以及驱动力等运动参数的理论曲线和仿真变化曲线。研究结果表明:所建立并联机构运动学和动力学模型正确,并联机构不仅具有良好的移动性能,而且具有较好的转动性能,为并联灌注机构动力学性能进一步研究以及控制系统的设计提供了理论依据。     

含恰约束支链的冗余驱动并联机构性能分析

针对航空航天领域大型异构件复杂曲面的高速铣削加工的任务要求,提出了一种新型1T2R的三自由度含恰约束支链的冗余驱动4-PUS-UP并联机构.对并联机构进行运动学位置逆解,求该机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,进而构建量纲一致的雅可比矩阵.引入条件数、运动/力传递性能和刚度性能评价指标.通过算例绘制3-PUS-UP并联机构和该冗余驱动并联机构的性能分布图,并计算全域性能指标.结果表明:该冗余驱动并联机构的运动学性能优于3-PUSUP并联机构,具有更好的工程应用前景.     

6-RSS并联机器人机构多目标优化设计

针对6-RSS并联机器人机构,以工作空间和速度全域性能为目标建立多目标优化模型,并使用改进的基于动态聚集距离多目标粒子群优化算法求解。为了快速有效地求解6-RSS并联机器人机构的工作空间,本文采用蒙特卡洛方法;为了求解带约束的6-RSS并联机器人机构多目标优化模型,将随机排序法引入基于动态聚集距离多目标粒子群优化算法。结果表明,该方法可以得到多个Pareto解供使用者选择,体现了多目标优化设计在并联机构设计中的有效性。     

3-(P)US/PU 3自由度并联机构运动学优化设计

研究了一种带恰约束从动支链的3自由度并联机构的运动学优化设计.该机构采用3-PUS/PU拓扑结构,可实现一维平移和两维转动自由度.在构造出该机构全速度雅可比矩阵的基础上,以支链误差传递率为性能指标,在考虑必要机械约束的基础上,采用遗传算法实现了该机构的尺度参数优化设计,并给出相应算例.由实例可知,经优化得出的尺度参数合理.此优化方法同样适用于其他类似并联机构的运动学设计.     

基于空间模型技术的新型正交5-DOF并联机床的运动学传递性能分析

提出了一种新型正交5-DOF并联机床,研究了这种新型机床的运动传递性能.推导出这种机床的运动传递平衡方程,定义了运动传递性能评价指标、速度各向同性性能评价指标及各全域性能评价指标,应用空间模型技术,绘制了各全域性能图谱,为这种新型正交5-DOF并联机床的参数优化奠定理论基础.这种新型正交5-DOF并联机床具有结构简单、承载能力强、初始装配位姿解耦、工艺性好等优点,适用于空间曲面(磨具、叶片等)零件的加工及气囊抛光等领域.     

Tripod并联定位器刚度分析及其在飞机装配中的应用

改进了传统的3-UPU并联机构,得到了刚度更高、结构更加紧凑的3-Tripod和4-Tripod并联机构.求出了3-Tripod并联机构的工作空间和Jacobian矩阵,并由此分析了3-Tripod机构的刚度特性,得到了3-Tripod机构的刚度矩阵,画出了工作平面内的最大刚度和最小刚度分布图以及工作空间内取得最大刚度与最小刚度的方向.结果表明,在工作平面内垂直于基座的方向刚度较大,平行于基座的方向刚度较小.研究结果对提高机身与机翼对接工装精度有一定意义.     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

3-R(US&SPU)可折叠并联机构的运动学研究

本研究将可展机构的概念引入并联机构,提出一种新型的3-R(US&SPU)可折叠并联机构。首先,利用螺旋理论分析了该并联机构的自由度。其次,建立机构位置运动学模型,推导出运动学逆解的解析表达式;同时,通过建立6个运动方程结合数值方法,得到运动正解的求解方法,进而建立速度雅可比矩阵。最后,通过运动学仿真,验证理论计算的正确性。该机构巧妙地利用结构特点实现了折叠性能,在一定程度上为并联机构占用空间大的劣势提供了一个好的解决方案,具有较好的工程应用前景。     

Estimates of Identification Result Disturbances in Parallel Mechanism Calibration

Introduction Over the last decade, parallel mechanism manipulators have been widely applied in many fields. Precision is one of the most important problems in these applica- tions. Kinematic calibration gives an effective method to correct the kinematic p…     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明:该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。