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.     

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.     

面向骨折手术的三支链六自由度并联机构设计

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理...     

3-RRRT并联机器人奇异位形分析

研究和分析3-RRRT并联机器人的奇异位形，运用齐次坐标系法对3-RRRT并联机器人机构进行了分析，采用瞬时速度法，给出该并联机器人的奇异判别矩阵；采用运动影响系数法给出该并联机器人的Jacobian逆矩阵，并进行数值仿真．     

一种Delta型并联机器人的机构设计与分析

提出了一种应用于产品包装的delta型并联机器人。该机构灵活高效,具有良好的运动和力传递性能。在运动过程中,四个支臂始终保持空间平行四边形且末端执行器只有3个平动自由度。本文对其进行了整体结构设计、自由度分析、位置正解反解的计算,为该机构的应用打下了基础。     

基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手设计与性能研究

为满足工业上对机器人灵巧手灵巧度高、承载能力强和精度高的要求,提出一种具有2T1R运动类型的仿人并联手指机构,并设计一种基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手.对并联手指机构进行了 自由度、运动学的分析,并用Adams对运动学分析进行了验证;利用机构的约束条件,确定了并联手指机构的工作空间;根据所建立的雅克比矩阵,研究了并联手指机构的奇异性与灵巧性,分析了力的传递性质;建立了灵巧手的抓取模型,分析了灵巧手协调操作的自由度、运动学和空间.通过研究分析,验证了灵巧手可行性与实用性,运动及性能方面可以满足工业生产的需求.     

悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构设计研究

针对当前3D打印装备存在工作空间大、运动/力传递性能差的问题,设计了一种悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。依据解耦原则,建立串联单元解耦支链;并利用串联支链构型构成解耦并联单元。依据机器人末端一般运动特征集设计三移两转混联解耦机构,确定第一类混联机构的组合方式;最终基于雅克比矩阵秩设计出悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。实验结果表明,相对于传统的混联机构,设计的混联机构优质工作空间大、运动/力传递性能高、实用性较强。     

悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构设计

针对当前3D打印装备存在工作空间大、运动/力传递性能差的问题,设计了一种悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。依据解耦原则,建立串联单元解耦支链;并利用串联支链构型构成解耦并联单元。依据机器人末端一般运动特征集设计三移两转混联解耦机构,确定第一类混联机构的组合方式;最终基于雅克比矩阵秩设计出悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。实验结果表明,相对于传统的混联机构,设计的混联机构优质工作空间大、运动/力传递性能高、实用性较强。     

新型3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形分析

分析了一新型 3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形 文章先从分析该机器人动平台的平衡情况着手 ,采用旋量及运动影响系数矩阵方法 ,推导了机构出现特殊位形的判别矩阵公式 ,由此得出了该并联机器人机构出现特殊位形的条件 由分析可知 ,该特殊位形条件只包含了机构的方位角而不含任何几何尺寸 ,故此三平移并联机器人机构属只含位置奇异而无几何尺寸奇异形的机构 论文还在大型机械动态分析ADAMS软件上建立了仿真模型 ,由此验证了分析的正确性 为该类机器人的实际应用提供了理论依据     

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.     

空间三弹簧系统的力逆解

对并联机器人机构，若其动平台与固定平台由三弹簧联接，则组成并联机器人空间三弹簧系统。其力逆解即给定作用于上平台上某点的外力，求系统处于静力平衡时的所有构形。建立了力逆解方程组，用连续法求出了全部解，得到了系统处于静力平衡时的全部构形。     

集成2R1T并联机构的艾灸辅疗机器人概念设计与运动学分析

设计一种用于艾灸辅疗的新型五自由度混联机器人机构，该机构由2UPS&1UPR&1UP并联模块和2R串联模块组成.首先，给出该混联机器人的概念设计方案，并运用螺旋理论分析2UPS&1UPR&1UP并联模块的自由度，建立该混联机构的运动学模型并推导其位置逆解的解析解，进而求得全局雅克比矩阵和奇异位型.在此基础上，采用“分层切片”的搜索方法得到该艾灸机器人的可达工作空间.最后，制作概念样机，并通过运动位姿实验验证运动学逆解与工作空间分析的正确性.研究表明，所提混联机器人机构具有大转角和大工作空间的性能优势，可以满足艾灸辅疗流程对器械运动形式与工作空间的需求.     

Delta并联机器人装配误差分析与补偿

针对工业应用中并联机器人运动规划与控制的精度需求,提出一种基于多样性反馈的自适应粒子群优化算法(APSO)来提高并联机器人精度。利用机器人机构闭环矢量关系得到运动学正逆解;并应用基于多样性反馈的自适应粒子群优化算法将结构参数优化问题转化为非线性系统优化问题。通过对机器人驱动电机转角进行优化,使得机器人在工作空间内具有理想的工作精度。以SRBD型号Delta型并联机器人进行试验验证,仿真结果可达到10~(-3)毫米级别,验证了方法的有效性用。     

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。     

3-RRRT并联机器人运动学和奇异位形分析

本文以3-RRRT并联机器人为研究对象,利用矢量法建立了解析形式的运动学方程,得出该机构每个支链的逆运动学有4个反解,因此机器人具有64组反解．利用MATLAB软件给出了第一支链的4个解和该机构逆运动学的一组解．基于雅克比矩阵的可逆性,研究了3-RRRT并联机器人的正逆运动奇异问题．结果表明：利用矢量法进行逆运动学问题分析更为简洁和方便．     

3-RCT三维移动并联机器人机构及其位置分析

在机器人结构型式中,并联机构的应用越来越广泛,因此关于并联机器人机构的研究也日趋重要。根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,构造了一种能实现空间三维移动的并联机器人机构——3-RCT并联机构,分析了该机构实现空间三维移动的机构学原理,给出了其位置正逆解的分析方法,并进行了数值验证。该机构结构简单、计算容易、输出运动只含三维移动而不合任何转动,有较好的应用前景。     

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。     

一种并联骨折手术机器人的安全运动控制方法

骨折手术机器人是实现精准微创骨折复位的优势方案．现有骨折复位手术器械存在效率低、精度差、缺乏复位安全策略等问题，难以保证安全高效的治疗．为解决上述问题，本文提出一种并联骨折手术机器人及基于全关节逆解算法的安全运动控制方法．首先，针对该并联机构开展全关节逆解分析．由骨折复位轨迹的离散轨迹点获取机器人末端的位姿，建立机器人机构的闭环矢量方程，以关节转角为未知量整理多元一次方程组，考虑关节间的运动约束通过两条运动链解析求解所有关节转角．其次，设计安全运动控制系统．上位机设置正常、预警及超限3种状态．在机器人运行过程中，由上位机读取复位轨迹离散点的位姿信息，通过全关节逆解模型计算出下一轨迹离散点对应的关节转角并判断运行状态，若超限则发送指令使机器人停止运动，并显示发生危险的关节位置．最后，开展安全运动仿真与实验研究．仿真表明全关节逆解模型可快速计算出全部关节的运动状态并准确进行安全判断．实验结果表明，骨折手术机器人运行过程中，控制系统可及时发现机器人临近危险状态并使机器人停止运动．本文提出的安全运动控制方法无需增设安全检测或保护装置，既保证了骨折手术机器人的轻质便携需求，又保证了安全高效精准的...     

精密并联机器人系统误差的分析与补偿

为减小机构末端定位误差,提高精密并联机器人运动精度,以6-HTRT并联机构为结构模型,分析了机构的各种制造误差。首先在机构上开发了一种新型虎克铰链,同时采用了预紧装置;然后在控制系统中引入DSP高性能数据处理器;最后,用矢量构造的方法计算机构速度Jacobian矩阵,用数值法计算位置正解,用构造法计算误差Jacobian矩阵,对机构末端误差进行补偿。通过以上措施,可以使系统的精度提高到机构重复运动精度的3倍左右,满足精密并联机器人工作的精度要求。其中,软件误差补偿算法不受并联机构类型的限制,有较大的适用范围。     

基于一种半开式滑槽球副的3-PSP并联平台设计

提出在并联机构中应用一种1移动3转动半开式滑槽球副结构,该运动副将1个移动副和1个球副集成为一个复合的运动副,可以缩短并联机构中支链的尺寸链,有助于提高并联机构精度.基于半开式滑槽球副设计了一种3自由度(3-DOF)PSP三轴并联平台,通过对此机构进行的运动分析和支链的精度分析,导出各个支链的逆解方程,同时根据影响支链运动精度的各个因素给出支链系统误差的线性补偿方程,证明此并联机构具有易于控制、运动精度高的优势.