平面四索驱动并联机构的零点标定方法

针对一种2自由度的平面四索驱动并联机构的零点标定问题,提出了一种基于非线性最小二乘法的标定数据处理方法。首先,由运动学逆解模型建立四索驱动并联机构的零点误差模型,然后通过最小二乘法对标定数据进行处理,并给出了具体应用实例。实验结果表明,该方法收敛速度快,在误差允许的范围内能够高精度地辨识出动平台的零点位置,进而为系统的实际控制和软件回零奠定了基础。     

基于欠驱动并联索机构的肩关节助力外骨骼

并联索驱动助力外骨骼具有与人体兼容性好、运动范围大、自由度多等优点,但往往需要多个电机驱动多根绳索,增大了驱动结构的重量和能耗.以往的设计中无法实现在减少电机个数的同时实现多绳索的力控与多自由度的助力.该文提出一种基于欠驱动并联索机构的肩关节助力外骨骼,采用凸轮和弹簧来实现搬运工作时肩关节的三自由度助力.根据给定的手臂...     

缠绕式可重构柔索并联机器人驱动机构运动分析

针对混合驱动柔索并联机器人末端执行器工作空间受限的问题,以常速电机,伺服电机作为共同驱动机构,五连杆作为传动载体,将平面五连杆的优势和缠绕机构融合,构造出缠绕式的混合驱动五连杆装置。本文对混合驱动五连杆装置的运动学进行分析、建模,并且基于运动模型对其运动性能进行数值仿真。结果表明,缠绕式可重构机器人驱动机构结构合理,工作空间大,驱动控制性能较好。     

一种用于风洞的新型柔索驱动并联机构设计

该文阐述了柔索驱动并联机构的特点及其潜在的应用范围，提出了一种新型的六自由度柔索驱动并联机构的结构形式。采用几何方法给出了该机构的构型设计过程，建立了该机构的数学模型，并进行位置分析和静力学分析；在此基础上利用正交补的方法，给出工作空间的判别条件；最后在Mathematica环境下编程进行仿真，获得了该机构工作空间的数值表示。     

索驱动并联机器人可控刚度特性

在机器人与人交互过程中,机器人可能因刚度过大而对人或产品产生安全威胁。该文提出索驱动并联机器人静态刚度分析及索力分配方法,研究其可控刚度特性问题。首先,通过建立运动学和静力学方程对机器人进行受力分析,并通过引入线矢量和微分变换的方式,推导出结构矩阵对位姿微分的三维Hessian矩阵,建立静态刚度模型,分析索力与机器人刚度间的关系;其次,给出索力多边形计算算法,并研究索力分配方法,完成机器人刚度的有效控制;最后,通过计算实例验证该方法正确性与有效性。结果表明:该方法可以有效控制机器人的系统刚度。     

柔索驱动并联机器人变态模型相似性分析

分析了大跨度柔索驱动并联机器人(wire driven parallel robot,WDPR)变态模型的预测系数及相似度问题.建立了大射电望远镜(large radio telescope,LT)中WDPR系统的索张力和基频的相似性经验公式,并以此为基础获得了索张力和基频的预测系数.运用模糊数学理论确定出相似度的表达式.最后,通过模型试验和仿真分析验证出预测系数的有效性和相似度定义的合理性.研究理论为LT变态模型的试验奠定了基础.同时,研究方法也可应用到其它变态模型的相似性研究中.     

绳驱动并联打磨机构模糊控制策略

船舶坞修作为维护和修复船舶结构的关键环节,在船舶行业中扮演着重要的角色。然而,目前船舶坞修时表面打磨过程依赖于传统的人工作业,存在着效率低、工时长、危险性高等问题。为此,提出了一种新型绳驱动式打磨机构,该机构采用四根绳索驱动打磨装置实现三自由度的运动。首先,通过拉格朗日法建立系统的动力学模型;然后在动力学模型的基础上提出了一种带有绳索张力优化项的Fuzzy-PID(proportional integral derivative)控制策略,该控制策略可以实现精确的轨迹跟踪并保证绳索处于张紧状态;最后,通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,和绳牵引并联机器人上常用的PID控制相比,所提控制策略控制精度提高25%,具有较高的控制精度和稳定性。本文提出的绳驱动式打磨机构及其控制策略可为大型结构件表面处理和精密制造等应用提供一定理论支持。     

含一弹性索的二索并联机构动力学系统的Brunovsky正则形式

提出一种含一弹性索的二索牵引并联机构,推导该机构的动力学系统。用微分代数及为经准静态线性化反馈来线性化的一般化控制器形式这两种不同方法推导获得了与原机构系统动力学状态方程等价的具有Brunovsky正则形式的线性系统。这两种方法本质上是一致的,侧重点都是在寻找原系统的一个微分k-同胚,然后在其基础上获得用新的状态坐标表示的与原系统对等的Brunovsky类型正则形式;差异在于研究工具和具体推导过程不同:第一种方法用微分域扩张表示机构动力学系统,而用代数闭合及微分闭合一致来获得与原系统对等的Brunovsky类型正则形式;第二种方法是用无限维微分几何将机构系统的状态方程限制成呈块三角结构的、带有一般化的控制系数非线性控制器形式,通过对该非线性控制器采用一种特殊的准静态反馈就,即可获得与原状态方程等价的具有Brunovsky正则形式的线性系统。可在具有Brunovsky正则形式的线性系统上开展该机构的末端轨迹跟踪控制问题,设计合适的反馈控制器。     

一种新型柔索驱动并联机器人的模型样机

提出一种新型并联机器人机构,利用张紧柔索驱动该并联机器人·通过运动学和动力学分析、工作空间分析、轨迹规划、误差分析,设计并制作了模型样机本体、驱动与控制模块,开发了机器人语言,控制模型样机完成指定动作·实验结果表明,这种新型并联机器人是可行的,适用于轻型机床等设备·该机器人在某一速度范围内工作时,会产生较明显的振动,并伴有噪声,因此要提高机器人的性能还必须设法抑制其振动     

冗余驱动过约束并联机构受力分析

含有驱动冗余的过约束并联机构具有承载能力大、各向同性良好等特点,但其同时含有主动过约束和被动过约束,受力分析相当复杂。本文以4-PRRR冗余驱动过约束并联机构为对象对该类机构受力的超静定问题进行研究。首先针对主动过约束问题,基于特定的优化目标求解出各驱动力大小。然后针对被动过约束问题,建立各分支过约束力螺旋系的刚度矩阵和机构整体刚度矩阵,分析驱动力在过约束力螺旋系轴线方向产生的耦合变形,采用加权广义逆方法求解得到过约束力螺旋系幅值。联合Solid Works、ANSYS和ADAMS软件建立机构的刚柔混合模型并进行受力仿真分析,仿真结果与理论值基本一致,验证了理论分析结果的合理性。     

压电陶瓷驱动三平移并联机构的模糊控制

由于压电陶瓷在精密定位控制中存在迟滞、蠕变和非线性的问题,因此利用简单模糊控制和传统PID控制精度不高.提出利用模糊PID控制器实现对压电陶瓷驱动三平移并联机构进行控制的方法,设计了模糊PID控制器,并对该控制方案进行了仿真.仿真结果表明:该方法调节精度较高,动态响应快,无超调,有一定的可行性.     

IPMC并联驱动仿真与实验研究

电致动高分子智能材料IPMC存在刚性小、输出位移较大、致动力小以及承受电压较低等缺点．因此,提出了利用导电树脂将多片IPMC粘结成多层n-IPMCs的改性方法．利用有限元方法分别建立了单片IPMC和双层并联微驱动器2-IPMCs的仿真模型,对其输出特性进行了仿真预测,继而利用导电树脂粘结技术制备了双层2-IPMCs样品,最后对该样品进行了性能测试实验．实验结果证明,基于导电树脂的2-IPMCs相对于单片的IPMC在输出力、输出位移、刚度、最大承受电压、性能持续性以及保水性等方面都有较大的改进．     

索驱动TBot及Delta高速并联机器人的性能对比分析

相较于串联机器人,并联机器人凭借刚度高、动态特性好和结构紧凑等构型优点,在高速分拣领域逐渐获得广泛应用。索驱动并联机器人采用索驱动代替刚性支链,使机器人结构得到有效简化,实现了大幅轻量化,有助于提升其动态特性,降低成本和功耗。该文设计了采用内部支链张紧的新型索驱动高速并联机器人TBot,该机器人与Delta并联机器人均面向高速分拣工况,可实现三维高速平动和绕动平台所在平面法向的单自由度转动。通过对比分析两者的差异,有助于明确索驱动和刚性并联机构的特性,定位亟待解决的关键技术,推动两者的研究和工业应用。在对Delta和TBot机器人进行运动学和动力学建模的基础上,仿真分析了给定"门"字轨迹下的运动学和动力学特性。仿真结果表明:TBot机器人具有机构简洁、能耗低、可达空间大等优势,具有较大的发展潜力。     

液压驱动冗余并联机构内力分析及抑制

针对液压驱动冗余并联机构内力问题,分析内力空间及其基的构成,在自由度控制框架下研究不同因素对系统内力的影响。提出基于误差最小控制综合算法(Er-MCSI)的内力抑制策略,以克服液压系统中较强的时变非线性和干扰因素对内力抑制效果的影响。以1个具有2个冗余自由度的六自由度液压驱动冗余并联机构为例,仿真研究该机构分别在等位移、等速和等加速度段工况下不同因素对系统内力的影响,并对其进行内力抑制。研究结果表明:提出的内力抑制策略可实现内力抑制增益在线自适应调节,具有较好的内力抑制效果。     

考虑驱动摩擦效应的冗余并联机构动力学建模

为了对喷管段的型面进行精确控制,设计一种可以实现姿态调整的平面3自由度4-PRR冗余并联机构,根据机构运动特点,利用闭环矢量法求解该机构运动学逆解。在运动学的基础上,结合虚功原理和牛顿-欧拉法2种动力学建模方法建立考虑驱动摩擦效应的动力学模型。首先利用虚功原理和范数最小原则建立不考虑摩擦效应情况下该机构的逆动力学模型,然后基于该动力学模型,结合牛顿-欧拉法建立考虑"库仑+黏性"摩擦效应的动力学模型,利用MATLAB软件对所建立的2种动力学模型进行工程实例仿真,得到2种情况下的驱动力曲线,分析考虑摩擦效应与否的驱动力变化规律。研究结果表明:摩擦效应对驱动力影响显著。     

三自由度欠约束柔索驱动并联机器人的轨迹规划

柔索驱动并联机器人是一种特殊的并联机器人,属于柔性机器人的一类,它的末端执行器是由柔索代替刚性杆驱动实现其位姿的变化。本文研究了一种三自由度欠约束柔索驱动并联机器人,采用矢量闭环原理建立该机器人的逆运动学方程;根据拉格朗日公式建立该机器人的动力学方程;给定机器人末端执行器的运动轨迹,采用五次多项式进行规划,得出规划前后X、Y和Z方向的位移、速度和加速度曲线,在速度突变的点处,规划后的速度和加速度曲线实现光滑过渡,避免机器人在运动过程中发生振动和冲击,使得机器人末端执行器的运动轨迹平滑;三根柔索长度和拉力的实验曲线与规划后的期望曲线基本吻合,相机追踪轨迹与五次多项式规划后的运动轨迹基本一致;数值仿真和实验结果验证了三自由度欠约束柔索驱动并联机器人的逆运动学和动力学分析的正确性,以及五次多项式规划的有效性。     

液压驱动滚动并联机构运动可行性与仿真分析

提出一种新型三自由度液压驱动滚动并联机构。各条支链采用液压缸驱动的反平行四边形机构,通过支链的伸缩比放大作用实现并联机构整体的大变形,并利用液压系统响应快速、输出力强的特点,保证并联机构的移动灵活性与大负载能力。描述该并联机构的组成、特定条件下的奇异位型以及1个翻滚步态周期的5种地面支撑状态与给定机构参数下液压杆伸缩的可行域。对并联机构在5种地面支撑状态的运动可行性与可行域以及基于ADAMSTM对翻滚过程的动力学仿真进行分析。研究结果表明:该机构实现了翻滚运动,同时得到了运动过程中液压缸的位移、伸缩速度与受力数据,可为实验样机设计与构型优化提供参考。     

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.     

3自由度冗余驱动下肢康复并联机构的运动学优化设计

研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构的概念设计和运动学优化.首先对该3自由度并联机构进行了简要介绍,然后推导了其运动学正逆解的解析解.基于螺旋理论,对该机构进行了广义雅可比分析,通过对4种非冗余驱动情形的力/运动传递性能分析,提出了一种用于评价该并联机构运动学性能的局部传递率指标.最后,借助于遗传算法,通过最大化局部传递率指标的全域平均值对该机构的设计变量进行了优化.运动学优化的结果表明,本文所提出的并联机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能.     

冗余驱动的托架式并联调姿机构动力学建模

飞机装配领域广泛使用托架式调姿机构进行工件位姿调整,由于托架质量大、惯性大,导致其运动学控制困难,需要引入动力学控制.确定了位姿反解时调姿机构位姿参数中的独立变量与位姿正解时驱动量中的独立变量,以此为基础进行了速度与加速度正反解分析,然后利用牛顿—欧拉法对一新型三自由度冗余驱动的自动钻铆托架式并联调姿机构进行了动力学建模;考虑定位器移动副摩擦的影响,结合伸缩筒变形协调性分析、调姿机构位姿误差与结构误差分析,建立球铰处作用力、伸缩筒顶端变形量、调姿机构位姿误差、球铰中心点位置误差之间的补充方程,增加动力学模型中约束方程个数;采用Matlab与Adams进行了动力学模型的相互验证,证明了建模方法的有效性,该方法可用于其他类型基于定位器的并联机构动力学控制.