机器人通过奇异位形的运动学分析及仿真

研究了一种分析机器人奇异位形的新型控制方法。该方法使用线几何理论分析机器人线性相关的关节轴线矢量,从而识别机器人奇异方向和奇异关节轴,并将线性相关矢量对应的Jacobian矩阵进行列删除;使用反螺旋理论区分工作空间的可行运动和不可行运动,将不可行运动对应的Jacobian矩阵的行进行删除。当机器人失去一个自由度时,相应满秩Jacobian矩阵由66简化为55,使机器人在奇异位形处仍能获得精确解。通过对PUMA机器人仿真研究,结果表明了该方法的有效行。     

一种可重构空间四杆机构

提出一种可重构空间四杆机构,其具有两种不同的工作模式,模式Ⅰ为一个转动运动,模式Ⅱ为一个平移平动,两种运动模式进行切换的初始位形具有瞬时的一个转动和一个平动.将可重构空间四杆机构与一个具有两移动和两转动的串联支链相连,构成一种具有两种不同工作模式的可重构混联支链.利用3条可重构混联支链连接并联机构的固定平台和运动平台,可得到一种新型可重构并联机构,通过控制3条可重构混联支链分别在两种不同工作模式间切换,可重构并联机构可实现4种不同的三自由度运动模式.利用螺旋理论分析和证明了上述结论.     

并联机器人误差敏感系数及其在工作空间内的分布

提出了衡量并联机器人操作精确程度的指标———误差敏感系数 ,并给出了其在工作空间中的分布情况 ,这样不需知道每一结构参数的制造误差及输入参数的误差 ,就可以了解机器人在工作空间中哪些区域工作时操作精度高 .     

少自由度串联机器人仿真分析

研究了一种少自由度串联机器人精确速度控制方法。少自由度机器人末端可控变量n与关节变量相等，而不可控变量(6—n)是这些可控变量的线性组合。文章用反螺旋理论通过建立独立运动变量和关节变量的运动模型，使机器人末端可控变量与关节变量成一一对应关系。以4自由度机器人为例进行仿真分析，结果证明了改方法的有效性。     

异型复杂热结构部件数据采集及预处理

针对复杂热结构部件在装配过程中精度要求高的特点,将其按自由曲面反求成型.首先对数据采集方式、采集路径规划、数据点分布和传感器运动轨迹进行研究,在数据点规划上提出一种等角度采样方式,进行了表面数据采集,并按数据处理要求完成了数据点的坐标变换;分别利用角阈值法、弦高差法和曲线检查法对原始数据进行去噪处理;在曲线检查法中,采用角度径向距离曲线代替横截线曲线,解决了最小二乘法无法拟合封闭曲线的问题.通过各处理方法和对结果的分析对比可知:角阈值法为所研究复杂热结构部件表面数据处理的最优方法.     

大型壳体类零件虚拟装配系统的开发

分析了航空航天领域大型壳体类零件的结构特点和装配要求,提出将零件看作自由曲面、通过虚拟装配仿真指导实际装配的方法,并进行了虚拟装配中的模型重构和装配仿真等.开发了基于CATIA软件的大型壳体类零件虚拟装配系统,并通过工程实例对系统的可行性进行了验证.结果表明:该系统能够根据零件检测数据重构零件模型,对零件重构模型进行装配过程仿真,并对装配体进行间隙分析,将分析结果以色图的形式进行显示及以数字的形式进行输出,为实际装配提供数据指导.     

基于异型部件装配的位姿调整机构设计及自由度分析

针对异型金属壳体和防热套部件精确装配的特殊要求,分析确定了用于装配精确定位的位姿调整机构的基本组成,以及3R-P-2R2T位姿调整机构的自由度组合方案.重点对2R2T金属壳体位姿调整机构进行了设计与分析,提出了一种新型4-UPS/UPP对称位姿调整并联机构,完成相应的支链结构配置,并利用螺旋理论对机构自由度进行计算.结果表明:所提新型机构能够满足金属壳体的位姿调整要求.     

一种大型球冠蜂窝灌注机器人结构设计与分析

针对航天器中大型球冠蜂窝防热层结构自动灌注问题,设计了一种3自由度混联灌注机器人,并建立灌注机器人的机构模型.该混联机器人结构紧凑、驱动简单、占地面积小,末端灌注装置始终垂直于球冠面移动,有利于蜂窝结构的灌注;采用多机器人操作模式,提高了灌注效率.通过建立运动学约束方程,分析了机构的运动学反解,同时建立了机构的速度雅可比矩阵,在此基础上,利用一种高效的数值正解算法分析了运动学正解,并通过对位置正解的分析得出灌注机器人的整个工作空间,并基于速度雅可比矩阵对机构的灵巧性和奇异性进行分析.结果表明灌注机器人能够实现对蜂窝结构的精确定位,且工作空间能够达到整个球冠面,满足蜂窝防热层结构的灌注要求.     

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.