3自由度并联机构的动力学各向同性评价方法

该文以应用于高速、高加速混联加工装备中的一种3-PRRU空间3自由度并联机构为研究对象,研究其动力学建模及动力学各向同性评价方法。基于虚功原理,建立了3-PRRU并联机构的动力学模型,并从动能角度出发,提出了两个评价机构各向同性性能的指标。针对该指标,提出了一种5维图像描述方法,并对3-PRRU并联机构进行各向同性性能评价。该动力学各向同性评价指标具有量纲统一、物理意义明确的优点,可以更准确地对并联机构的动力学性能分布进行表征。     

蠕动转向关节动力学建模与分析

为确立拱泥机器人蠕动转向关节的运动关系,提出了可实现直行和转向运动的3自由度并联机构动力学模型.基于对3-UPS并联机构运动特性的分析吗,首先建立了3-UPS运动学模型,得出3-UPS并联机构动平台和各支链的速度以及加速度关系式.基于Lagrange方程建立3-UPS并联机构的动力学模型,确立了系统的驱动力、驱动力矩以及各个支链主动杆的驱动力.利用Matlab软件对其动力学模型进行仿真分析,得到的驱动力和驱动力矩变化曲线为拱泥机器人控制系统设计提供了技术支撑.也为少自由度并联机构动力学分析提供参考.     

2UPU/SP 3自由度并联机构的动力学性能评价

动力学特性是并联机构的一项重要性能。该文以一种用于航天复合材料加工的混联机器人中的2UPU/SP并联机构为研究对象,考虑两个UPU运动学支链的平面约束特性,建立了该3自由度并联机构的运动学模型,并基于虚功原理,推导了动力学模型。给出一种动力学性能评价指标,该指标以一个驱动力为单位量且其他驱动力小于或等于单位量时的动平台最大加速度来评价并联机构的加速性能。基于给出的动力学性能评价指标,对2UPU/SP并联机构的线加速度和角加速度分别进行评价,并与一种传统的2UPS/UP并联机构进行比较,结果表明2UPU/SP机构具有更好的加速度性能。     

基于Matlab的3-RRRT并联机器人的动力学分析

以3-RRRT并联机器人为研究对象,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型,从而求得机构的驱动力,为3-RRRT并联机器人的轨迹规划和电机参数的选取提供有力的支持.结果表明,利用拉格朗日方程进行动力学问题分析更为简洁和方便.     

平面3-■RR和3-■RR柔性并联机器人弹性动力学分析

采用有限元法对柔性连杆进行离散,运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人的弹性动力学模型,该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量,以及刚体运动的科式力和离心力.基于所建立的弹性动力学模型,比较了两系统的动力学特性,包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力.结果表明:在参数一致的情况下,平面3-RRR机器人的动力学性能优于3-PRR机器人.文中结论可为平面完全3自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据.     

平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人弹性动力学分析

采用有限元法对柔性连杆进行离散,运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人的弹性动力学模型,该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量,以及刚体运动的科式力和离心力.基于所建立的弹性动力学模型,比较了两系统的动力学特性,包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力.结果表明:在参数一致的情况下,平面3-RRR机器人的动力学性能优于3-PRR机器人.文中结论可为平面完全3自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据.     

一种二平动自由度并联机械手动力尺度综合

研究一种二平动自由度高速并联机械手的动力尺度综合方法.在建立逆刚体动力学模型基础上,提出一种基于单轴最大驱动力矩全域最大值最小的动力学性能评价指标,该指标可表示为系统尺度和惯性参数及位形的显函数形式,可直接用于观察奇异位形的出现条件.建立雅可比矩阵奇异值的显式,提出一组兼顾速度、精度和刚度的传递角约束方程,通过考察奇异值与运动学性能的关系,可将传递角约束方程转化为性能约束方程,同时配以工作空间/机构尺度等约束条件,利用工程实例研究性能约束对尺度参数和动力学性能评价指标的影响规律,由此综合出在满足上述约束条件下使得系统动力学性能最优的尺度参数.     

输电线巡检机器人动力学建模与DME评价

以新设计的输电线巡检机器人为具体研究对象，采用D-H法推导出机器人的雅可比矩阵；然后建立输电线巡检机器人的Lagrange动力学模型，进而依据机器人动力学模型求得输电线巡检机器人的操作臂惯性矩阵，提出了基于操作臂惯性矩阵所建立的机器人动力学评价指标:动态可操作性椭球(DME:dynamic operability ellipsoid)评价指标；最后结合逆运动学的反解，建立了不同空间轨迹坐标下的动态可操作性衡量指标，获得机器人动力学性能最佳的越障轨迹.通过机器人跨越绝缘子障碍的实验证明了所提动力学评价方法的有效性.     

三杆并联平动机器人机构动力学

用拉格朗日方法对一种创新的三杆平动并联机器人机构进行了动力学建模,该机器人的动力学正方程为显示表达,计算量小,为该并联机器人的力和扭矩的实时控制策略实施提供了基础·利用动力学模型对该机器人的可操作性和动力学特性进行了分析,引用动态可操作性椭球指标来评价该机器人的动力学特性,并对动力学特性进行了仿真·分析结果证明,该机器人在工作空间内部,特征系数增大,动态可操作性变坏,得出该机器人特征系数小于2时,动态可操作性较好·该新型并联机器人动力学性能良好,具有很好应用价值·     

一类二自由度并联机器人的动力学分析

为了准确评价机构动态性能,以模态试验为主要内容,采用LMS动态分析系统时并联机器人进行了动力学试验.通过简化模型的模态分析,对样机进行直接的动态性能评估,获得该时变机构的模态参数变换规律.同时分析了该机构在典型位姿处的整体模型的模态,得到影响动平台精度的关键模态,确认了需要改进的结构参数.试验结果可用于改善机构的动力学性能.通过对比分析验证了本研究中提出的试验方法适用于时变模态的试验研究.     

基于力传递性能的平面并联机器人的优化设计

为优化设计并联机器人的结构参数,利用传动角的概念,定义了评价并联机器人运动/力传递性能的度量指标LTI(局部传递指标)、GTW(优质工作空间)和GTI(全域传递指标),然后以PvRRRPv并联机器人为例,分析这些指标在机构参数优化设计的应用.结果表明,采用该文提出的性能指标设计的机器人,不仅可以远离奇异,而且具有良好的运动/力传递特性.     

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。     

平面并联机构的鲁棒轨迹跟踪控制

为提高并联机构运动精度,以2自由度平面并联机构为模型,研究了提高并联机构轨迹跟踪精度的方法.在机构运动学分析的基础上,应用Lagrange乘子法建立并联机构的动力学模型.利用非线性系统的线性反馈理论,考虑动力学建模的模型误差和外界干扰等不确定因素,提出了一种鲁棒轨迹跟踪控制策略.该控制方法能够保证系统稳定,同时对外界干扰具有抑制作用.仿真表明,鲁棒轨迹跟踪控制可以显著减小跟踪误差,加快误差收敛速度.这种控制策略同样适用于其他类型的并联机构.     

并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法.以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程.利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究.为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明:由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符.多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能.这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法.     

平面3自由度并联机构动力学最优控制

目的以提高平面3自由度并联机构运动精度为目标,提出最优控制的策略。方法在状态空间构造量化机构误差性能的二次型指标,兼顾系统响应与控制能量两个方面,实现了机构误差性能最优控制,将问题归结为求解微分方程两点边值问题。结果仿真结果表明,在动力学参数发生微小变化时,机构实际运动对目标的轨迹误差最大值仅为0.02mm,速度误差量值更小。结论对并联机构进行动力学最优控制,可以有效地抑制结构参数和系统扰动引起的运动误差,且方法很容易推广到最优时间控制和最短作业路径控制问题中。     

3-PRS并联机器人的力学分析

对3-PRS并联机器人的力学求解进行了研究.首先针对并联机器人中的多个被动关节是影响其刚度和精度的主要原因,进行了3-PRS并联机器人的被动R、S关节的静力学求解,以作为设计高刚度的被动关节的依据;然后基于Lagrange方法及3-PRS并联机器人的一、二阶影响系数,建立该机构的动力学模型,并进行了动力学逆解计算仿真.结果表明了该模型的正确性.     

水平滑块式三杆并联机器人动力学建模与分析

用拉格朗日方法对创新的3PTT型水平滑块式三杆并联机器人机构进行了动力学建模,为该机器人的控制提供了基础·还利用动力学模型对该机器人的可操作性和动力学特性进行了分析,分析结果证明,该机器人在工作空间内部,其加速特性和动态特性良好,而在工作空间边缘,加速特性和动态特性变差·滑块驱动力随平台重量增加而增加,加速时间应适当,且磨削力对滑块驱动力也有影响·该新型并联机器人动力学性能良好,具有很好应用价值·     

汽车配气机构的动力学模型的建立

分析了汽车内燃机的配气机构的工作原理,利用动力学原理,对机构中各构件建立了二阶动力学模型,并用集中参数法进行多元素系统的动力学分析,建立了配气机构的单自由度等效的动力学模型.     

一种1T2R并联动力头的运动学分析与优化设计

面向飞机等大型结构件高效加工的需求,提出了一种新型5坐标可重构作业单元执行机构(称之为1T2R并联动力头)的运动学分析与设计方法.首先,借助闭环矢量法构造该类3自由度并联动力头的位置逆解模型,推导量纲统一的速度雅可比矩阵.利用数值搜索法搜索该机构的可达空间,研究关键参数对工作空间的影响规律.然后,以动平台外接圆半径为参照归一化设计参数,利用量纲统一雅可比矩阵的条件数构造兼顾机构运动学性能平均水平与波动量的全域评价指标,将其作为目标函数.最后,依据工程需求及性能要求,结合工作空间分析,确定约束条件,利用灵敏度分析实现机构尺度参数的综合,并用MATLAB遗传算法工具箱予以验证.此研究成果可为该类1T2R并联动力头的详细机械设计奠定理论基础.     

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。