两自由度绳牵引并联机构

对两自由度绳牵引并联机构作系统研究,进行运动学、静力学和动力学的分析．设计出控制系统,并在Simulink下完成系统仿真．提出求运动学正解的新算法,可以显著减小系统误差;抽出新的拉力分布方法并利用绳牵引并联机构的拉力应满足的条件。建立一个线性规划的标准模型．用单纯形法可以方便地求出绳的拉力．并确保满足绳拉力大于零的条件,且拉力的分布更加合理．仿真结果验证以上算法的正确性．     

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.     

低速风洞绳牵引并联机构的动力学分析

现代飞行器对低速风洞试验的攻角范围要求很大,往往无法用传统支撑系统来实现.文中提出1个新型的绳牵引并联支撑系统,用来支撑缩小比例为1∶100的F-15E"攻击鹰"战斗机模型的低速风洞试验,该支撑系统使缩比模型的3个姿态角能实现±90 °的变化.通过做粗略风速为28.8 m·s-1的吹风实验,发现设计方案是可行的.对用于低速风洞大攻角支撑系统的绳牵引并联机构进行逆动力学分析,并建立机构的动力学模型求逆动力学解,仿真分析缩比模型进行纯平动和纯转动时各根绳的拉力值.由系统的动力学线性挠动方程求出机构系统的固有频率,通过仿真分析求出缩比模型单独绕某一坐标轴转动时,其在特定位姿处的最小固有频率.     

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。     

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。     

FAST馈源舱绳牵引并联支撑系统的机构设计

在不考虑驱动系统功率大小的限制和机构的组成要素满足一定理想条件下,以舱体实现2个转动自由度和3个平动自由度为前提,从绳牵引并联机构学的角度出发,为500 m口径球面大射电望远镜(FAST)的馈源支撑寻找可行的机构类型.结果表明,6根绳牵引的6自由度的不完全约束定位机构(IRPM)、6自由度的完全约束定位机构(CRPM),以及6自由度的过约束定位机构(RRPM)都是可选的机构类型,但各自要解决的关键技术并不相同.     

6自由度绳牵引并联机构的运动学参数标定

首先提出一种8根绳牵引的转动自由度解耦的6自由度并联机构,并建立其运动学模型．接着引入用 2个倾角计对6自由度绳牵引并联机构进行运动学参数标定的方法,并利用该方法对该机构的49个主要运动学参数进行辨识．最后,通过计算机仿真,对辨识结果进行验证,从而为提高该机构动平台的位姿精度莫定理论基础．这种标定方法适用于一般6自由度绳牵引并联机构的运动学参数标定,在标定时也可用相似的测量仪器来代替倾角计．同时,可在控制系统中在线嵌入其对应的标定修正模块,以便连续地补偿机构的运动学参数误差．     

绳牵引并联机构与多指手抓取的连接关系

由于绳牵引并联机构与等价的无摩擦点接触抓取模型存在结构相关性和力传递相似性,所以分析多指手抓取中一个位形的瞬时特性的很多工具,可以用来研究绳牵引并联机构的相关问题.利用平面对心抓取定理与Ebert-Uphoff提出的相关定理,确定2-2型1R2T机构的力封闭工作空间边界.文中指出,Canny关于3维封闭抓取的研究工作对确定3-2-2型,3-3-2型和3-3-3型的3R3T机构的力封闭工作空间边界有指导意义,但两者之间的真实关系还有待于进一步深入研究.     

含弹性索的绳牵引并联机构的动力学和末端轨迹控制

为了能为实际应用提供更多的机构构型选择及更有效地研究机构动力学和轨迹控制问题,以2索(一索为弹性索;另一索为普通无质量无弹性刚性索)牵引末端执行器实现2个方向平动运动的2T机构为例,研究其动力学和末端轨迹控制问题.首先,在末端执行器运动方程的基础上,推导机构系统的逆动力学公式,给出机构动力学系统的状态空间表示及体现其具有微分平坦性的非正式表达;接着,利用非线性控制理论的线性化过程严格证明该微分平坦性,并获得微分平坦输出量和微分同胚于机构动力学系统的拥有Brunovsky正则形式的线性化和解耦化的等价系统;最后,通过针对该等价系统设计外环线性状态反馈控制器,实现末端执行器的渐近稳定轨迹跟踪,并进行实例控制仿真研究.结果表明:控制仿真可实现末端轨迹渐近稳定跟踪,稳定之后的跟踪误差值为0;但在稳定之前存在轨迹跟踪误差和振荡时间,这可通过优化反馈控制增益或修正反馈控制器来改善.     

立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的位姿运动学分析

给出所设计的立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的模型;在该模型的竖直平面上对末端执行器进行了详尽的位姿运动学分析,提出了封闭矢量四边形法则在求解所有的不规则几何图形的位姿运动学逆解时都适用的观点.文中运用力矩平衡法确定其质心位置的方法;又根据封闭矢量四边形法则,建立了运动学位姿逆解模型,利用Moore-Penrose逆求解运动学位姿正解;最后在所规划的椭圆轨迹下,采用Simulink仿真软件进行了末端执行器的运动轨迹和绳长变化规律的仿真.研究表明:在所规划椭圆轨迹下,所有绳长的变化是连续的;位姿运动学正逆解相互验证表明所采用的算法是正确且通用的.     

六自由度绳牵引并联机构的可达工作空间分析

提出一种由7根绳牵引的六自由度并联机构、建立其数学模型。对机构进行基于矢量封闭原理的可达工作空间分析，同时采用Monte-Carlo技术在Matlab环境下编程进行仿真，验证所采用分析方法的可行性。仿真结果是可达工作空间的数值近似表示，可通过提高所提取的点数来提高显示精度。     

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.     

平面完全约束绳牵引并联机器人的多目标优化

针对平面完全约束的绳牵引并联机器人的多目标优化问题,给出了一种理想点法与遗传算法相结合的方法.首先以绳牵引并联机器人工作空间面积、全面刚度指标、全局灵巧度系数为优化目标,基于遗传算法进行全局优化,得到各个目标的理想点.然后采用理想点法建立多目标优化模型,并采用遗传算法对该模型进行求解.仿真实验表明,优化结果较为均衡,各模型有效解都接近相应单目标的理想点.所得结论可以为同类绳牵引并联机器人的设计提供参考.     

绳牵引并联机器人机构的运动学正解研究

提出了并联机构CRPM(Completely Restrained Position Mechanisms)正解的三棱锥法,确定了正解的数目,给出了其解析形式,并以反解为已知通过实例验证。避免了数值法计算速度太慢的缺点,采用Mathematica符号计算软件提高了推导并联机构CRPM解析解的效率。     

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.     

6-6型绳牵引并联起重设备位姿空间与方位空间研究

本文通过对绳牵引并联机构的研究,提出了一种新型的用于集装箱吊装的绳牵引并联起重设备--六自由度绳牵引并联起重设备.在静力学平衡方程分析的基础得到了一个分析工作空间和方位空间的方法,并对影响工作空间和方位空间的参数进行了分析.     

三平移弱耦合并联机器人机构精度分析

针对三平移非对称3-RRRP(4R)并联机器人机构的精度进行分析．该机型具有良好的解耦特性,属于弱耦合机型．该类机型由于实时性好,可以用控制软件实现误差补偿．从拓扑结构分析着手,分析了三平移弱耦合机型的位置正解、反解,用全微分的方法分析了该机型的精度误差值,研究了影响该机型机器人精度的因素,并探讨了提高精度的对策．由分析可知,动平台位置误差与所在位置成非线性关系,其中δθ′,误差对机构位置的非线性误差影响最大．此外,机构原始误差是产生误差的主要原因．因此提高零件加工和装配的精度是提高机器人精度的重要途径。     

基于GF集的并联机构末端运动特征分析方法

提出了一种基于GF集的机构末端运动特征分析方法,该方法简单直观,GF集是对机构末端的运动特征进行描述的集合.首先介绍了GF集的基本概念,其次提出了基于GF集的并联机构构型方法,介绍GF集的求交运算法则,而后给出了对机构末端运动特征进行分析的步骤.最后,根据该方法分析了Delta机构,得到了正确的结果.     

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.     

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。