空间绳牵引并联机器人多目标优化设计

以6自由度空间绳牵引并联机器人工作空间体积、最小索力和全局灵巧度为优化目标,在保证绳索张力范围的前提下建立了多目标优化的数学优化模型.采用神经网络-遗传算法求得优化的3组满意解,并采用灰色聚类法选择多目标优化时的权重系数.仿真结果表明该优化方法可以有效地实现结构的优化,为同类绳牵引并联机器人的设计提供了有益的参考.     

绳牵引并联机器人的样条函数法运动轨迹规划

利用样条函数法,提出绳牵引并联机器人运动轨迹的规划方法,即各根绳的运动采用样条函数来拟合.方法简单、计算量小,不会出现奇异点问题,又可生成光滑平稳的、无噪声的绳的长度值和速度值之变化轨迹.但绳的加速度值变化轨迹存在突变点,在控制时可能出现绳的颤振问题.     

6自由度绳牵引并联起重机器人的研究进展

阐述绳牵引并联机器人的优点及应用领域,介绍基于矢量封闭原理,按绳的根数与末端执行器自由度数之间关系的绳牵引并联机器人的分类方法.指出每类机器人都可作为起重机器人用于货物吊装,以及在机构类型为欠约束的,由3根绳牵引的6自由度并联起重机器人的每个支链上加上1个移动自由度的杆支撑机构,从而产生新型6自由度机器人系统的概念.研究该类机器人机构构型配置与吊具可控工作空间的关系,提出简化而可行的反馈控制策略,以实用化吊具轨迹跟踪控制方案.拓展该新型6自由度机器人系统的含义,提出含3个刚柔混合支链的6自由度并联起重机器人的概念,并将其应用到对大型造船门式起重机的改造上.     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明：优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

6-6型绳牵引并联机器人的方位空间研究

讨论了6-6型绳牵引并联机器人在实际应用和设计中的方位能力.该文通过绳牵引并联机器人的运动平台的力平衡分析,得到力和力矩平衡方程,将此力和力矩平衡方程写成矩阵形式,再应用克莱姆法则可以得出判断1个位形是否在运动空间中的方法.在此基础上,通过将1点的可能方位空间离散化,对每个离散点进行判断,就可以得到1点的方位空间.仿真结果表明:绳牵引并联机器人同杆支撑并联机器人相比其方位空间要小一些,运动平台半径和基础平台半径的比值越大方位空间越大,短边所对的圆心角越小方位空间越大.     

绳驱动并联清洗机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用至外墙清洗领域,并对清洗机器人的动力学建模及张力优化进行深入研究。首先,确定机器人的构型为完全约束绳驱动并联机器人,并建立了考虑绳索弹性的动力学模型;其次,针对该类型绳驱动并联机器人绳张力解不唯一问题,提出将相关力改进的最小方差作为优化目标对绳索张力进行优化。最后,通过Simulink-Adams进行联合仿真验证。结果表明,优化后的绳索张力光滑连续变化。系统开环的情况下,圆形轨迹最大误差均值为0.071 m,终点误差均值为5.15 mm;直线轨迹最大误差均值为9.25 mm,终点误差均值为3.5 mm。解决了完全约束绳驱动并联机器人绳索张力不唯一、不连续问题,并为控制策略研究提供理论依据。     

绳驱动并联吊装机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用于吊装领域,对运动学正解模型和绳索张力优化算法进行深入研究。首先,确定该吊装机器人为冗余约束绳驱动并联机器人,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,针对冗余约束绳驱动并联机器人的绳索张力不唯一、不连续问题,分别运用张紧力方法、非线性规划方法和改进二次规划方法对绳索张力进行优化,确定出最佳的张力优化算法。在此基础上,进一步求得此类型绳驱动并联机器人的工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证。仿真结果表明,相比于另外两种方法,采用改进二次规划方法求解的绳索张力优化解在张力上限和张力下限之间光滑连续变化,说明改进二次规划方法求解绳索张力的合理性和连续性。     

绳牵引并联机器人悬链线优化解算方法

针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法。该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Newton迭代方法得出悬链线模型的精确数值解,分析数值解的取值范围确定其正确符号;最后,对降维优化解算方法的合理性和有效性通过实例计算进行了验证。研究成果可为绳牵引并联机构的动力学精确建模和稳定运动实时控制提供理论依据。     

六自由度绳牵引并联机构的轨迹规划

建立所设计的六自由度绳牵引并联机构的运动学逆解模型后，提出1种计算拉力的算法，以动平台末端执行器能实现∞型的轨迹为目标，进行运动规划，研究绳的运动特性。仿真结果表明，绳的速度值和加速度值，始终不大于动平台末端执行器的速度值和加速度值，绳的加速度值和末端执行器的加速度值，同属1个数量级。同时，一些绳的拉力的变化不大(处于“关”的状态)；而另外一些绳的拉力的变化很大(处于“开”的状态)，这些运动轨迹规划的仿真结果，能为以后该机构的运动控制方案的研究以及控制系统的设计，提供依据。文中提出的运动轨迹规划方法，它对一般的六自由度绳牵引并联机构都适用。     

大型造船门式绳牵引并联起重机器人的机构设计与运动学位置逆解分析

针对大型造船门式起重机存在的翻身作业不灵活、机械结构复杂等缺陷,将3根绳牵引的欠约束绳牵引并联机器人技术引入到对大型造船门式起重机的改造中,提出大型造船门式绳牵引并联起重机器人的概念.参照现有大型造船门式起重机的基本参数,按照1∶50的比例,对该机器人的机构参数进行配置,详细分析其广义运动学位置逆解问题并给出计算方法实例仿真表明,该机器人能实现6自由度的吊运任务.     

立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的速度、加速度运动学分析

设计了立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的模型.在竖直平面上对末端执行器模型进行了速度、加速度运动学分析,包括速度、加速度运动学逆解.用力矩平衡法确定其质心位置,对位姿运动学模型进行了一阶、二阶求导,得出了运动学速度、加速度逆解模型.根据封闭矢量三角形法则,求出了速度运动学逆解模型,给出了运动学速度逆解Jacobian矩阵.在规划的椭圆轨迹下,采用Simulink仿真软件进行了末端执行器质心的速度、加速度和绳速度变化规律的仿真,并搭建了控制系统的硬件设备.研究表明,在所规划椭圆轨迹下,所有绳速度、加速度的变化是连续的且求解速度、加速度逆解的算法正确、通用.     

平面三自由度并联机器人奇异位形研究

以动平台瞬时运动为基础,建立平面三自由度并联机器人奇异位形条件方程,通过对该奇异位形条件方程的分析,首次得出对称平面三自由度并联机器人简洁的奇异位形曲线方程,并确定奇异位形空间及其与结构尺寸之间的关系.     

3-RRR平面并联机器人的灵活工作空间

通过对3-RRR平面并联机器人分支运动链子工作空间的分析,提出了由定姿态工作空间求解各种灵活度要求下工作空间的方法,对机器人的工作空间和灵活性问题进行了系统研究,并探讨了机器人几何参数和子工作空间内空洞时机器人灵活性的影响。     

A planar parallel manipulator based novel MEMS device bonding system

A novel MEMS device boning system is presented. Aiming at the high velocity, high precision and high flexibility requirements, a novel manipulator of planar parallel structure is developed to substitute ordinary X-Y table. In addition, the machine vision is implemented to improve the system＇ s flexibility. The initial angular positions of the joints are estimated by the extended Kalman filter algorithm. As a resuh, the manipulator＇s absolute locating accuracy in its workspace is guaranteed indirectly. For any MEMS device, the bonding system itself can be used as measurement equipment to create the device＇ s geometry model, which is the base to do off-line programming. A quite ideal trade-off between the system＇ s flexibility and efficiency is got. Finally, some verified motion specification of the manipulator, the bonding experimental results and the verified qualities of the bonded devices are provided.     

绳牵引并联机构拉力分布的优化

从理论上解决了应用于飞行器风洞试验的绳牵引并联机构拉力分布的优化问题。由于绳只能承受拉力，因此机构的运动控制必须实时计算各绳的拉力。以往学者将绳拉力的优化归结为一个线性规划问题并采用迭代。法进行求解，而迭代法不仅计算速度慢，且无确定的优化解。为此，建立了基于影响系数的协调方程和能量最优解析方程，使拉力分布的最优解呈显式表示。     

高加速度的柔性3-RRR并联机构尺度综合设计

该文以设计高加速度的平面柔性3-RRR机构为目的,研究一种平面3-RRR并联机构的尺度综合设计方法.建立机构的运动学逆解方程、速度和加速度传递方程以及动力学逆解模型.根据机构的特点,给定末端速度和加速度曲线,分析机构输入和输出加速度与设计参数之间的关系,提出兼顾最大加速度和作业空间要求的并联机床尺度综合设计方法,并通过具体的设计计算,证明该方法可行.最终给出一组满足速度、加速度以及工作空间要求的尺寸参数.     

平面二自由度并联机器人运动学参数的快速估计方法

以闭链约束方程为基础,建立了平面二自由度并联机器人的运动学误差模型,并进一步提出了基于两步迭代的运动学参数校准方法.通过先估计被动关节角度误差和运动学参数误差,实现了对并联机器人运动学参数的估计.该方法通过对并联机器人12个运动学参数的校准仿真实验,对所提参数估计方法进行了验证,得到了准确的参数估计结果.     

弹性铰平面并联三自由度机器人连续刚度映射研究

应用影响系数法求解了弹性铰平面并联3-RRR机器人的一阶、二阶影响系数,借助虚功原理建立了包含主、被动铰链弹性变形,杆件及其平台自重的连续刚度映射模型.与以往刚度模型区别在于,该连续刚度模型考虑了机构刚度变化的动态过程,从而使并联机器人刚度非线性映射还原.文中还结合刚度矩阵瑞利商定义了连续刚度判定指标七,绘制了刚度性能空间图,进一步探讨了该机构的方向刚度特性,为平面并联弹性铰机器人机构刚度的分析提供了一种新颖通用的方法.     

平面3-DOF并联手指的计算机控制系统总体设计

针对平面3-DOF并联手指机构的任务要求，对并联机器人分布式计算机控制系统的结构进行了分析，提出了平面3-DOF并联手指的分布式计算机控制系统方案。