基于反螺旋理论的2-PTR&PSR并联机器人的奇异位形研究

运用反螺旋理论的方法,对2-PTR&PSR并联机器人进行奇异位形分析。应用几何法,求解出机构的反螺旋,进一步得到机构的约束雅可比矩阵和驱动雅可比矩阵,以及全雅可比矩阵;通过计算分析,2-PTR&PSR并联机器人无约束奇异,当任意一个支链上的连杆与其联接的移动副轴线垂直时,产生结构奇异;最后通过数值仿真得出机构的奇异位形3维曲面.     

3-RPC并联机构雅可比矩阵

建立雅可比矩阵是研究并联机构运动轨迹的重要方法。以3-RPC并联机构为研究对象,建立机构雅可比矩阵并以此为基础分析机构奇异位型。首先利用螺旋法分析3-RPC并联机构的每个分支,建立支链运动螺旋,然后运用反螺旋系建立3×6约束雅可比矩阵,确定驱动副后建立3×6驱动雅可比矩阵,综合两个矩阵得到3-RPC并联机构的6×6雅可比矩阵。对6×6雅可比矩阵进行奇异性分析,得到机构在极限条件下的奇异位型,可以有效避免机构卡死现象的发生。建立3-RPC并联机构雅可比矩阵对于分析机构的运动有重要意义。     

3/6-SPS并联机构的奇异位形及瞬时运动分析

应用螺旋理论研究了3/6-SPS型并联机器人的奇异位形,建立了静力学平衡方程并求出该并联机构的雅可比矩阵J,结合位形参数和雅可比矩阵推导出了并联机构奇异位形的判别矩阵D,并通过判别矩阵D找到并联机构的一个奇异位形.然后讨论了并联机构在奇异位形的瞬时运动,根据螺旋理论得出该运动是个并联机构6个杆件约束力的反螺旋,是一个瞬时的螺旋运动,最后给出了瞬时螺旋运动的形成条件和数学证明.     

一种2R2T并联机构的运动学及性能分析

研究了一种具有4条支链和2个运动平台的并联机构,其中2个运动平台通过1个转动副相连.利用位移群理论分析了机构的自由度,2个动平台都有2个转动和2个移动自由度.对机构进行了位置分析,得到了正解的封闭解.给出了机构的雅可比矩阵,分析了机构的奇异位形和刚度性能.所提出的机构在工业和医学领域具有良好的应用前景.     

六自由度混联机构雅可比矩阵求解及奇异位形分析

提出一种由2个不同的三自由度并联机构串接而成的混联机构,针对下端和上端并联模块分别建立速度雅可比矩阵,然后通过上下两个并联模块的运动关系,建立整个混联机构的整体雅可比矩阵.雅可比矩阵是分析机构奇异位形的基础,通过令机构整体雅可比矩阵行列式为零,从而得到机构奇异的非线性方程来研究混联机构的奇异位形,同时运用MAPLE软件绘制出机构的奇异轨迹.该方法建立了由2个并联模块组成的混联机构的雅可比矩阵,具有一定的理论意义.     

基于螺旋理论的2T2R完全解耦并联机构构型综合

针对并联机构的运动往往是非线性、强耦合的问题,基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出了两移两转(2T2R)类完全解耦并联机构构型综合方法.首先,根据2T2R完全解耦并联机构的运动特征和完全解耦并联机构的正、逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足期望形式的正、逆雅可比矩阵;其次,根据正、逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后,根据并联机构运动原理依次取出4条支链连接动平台和定平台得到并联机构.综合的完全解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正、逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景.     

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.     

4-RRCR型并联机构动平台关联运动特性分析

4-RRCR型并联机构支链采用了两组转动副形式,与定平台相连接的一组转动副的轴线相互平行,另一组转动副的轴线则相互交于空间的一个公共点.在这种配置情况下,动平台获得了两个关联移动关联运动特性,所设计的并联机构的运动形式发生了改变.文中对这种运动形式进行分析,提出了关联运动概念用以解决这种由于设计所造成的运动性质发生改变的情况,并通过仿真对比加以说明.     

风洞6_PUS并联支撑机器人的雅可比矩阵

对6_PUS并联支撑机器人几种求取运动学雅可比矩阵的方法进行了概括,分别采用矢量微分法、速度投影响法、运动旋量法、一阶影响系数法和力雅可比法推导了该机器人的运动学雅可比矩阵,并总结了几种方法的优缺点。在对动平台运用力螺旋理论分析推导之后,提出了一种较简便的求取6_PUS并联支撑机器人雅可比矩阵的新方法,运用该方法获得的雅可比矩阵,可以直观地得到6_PUS并联支撑机器人发生奇异的条件。     

完全解耦2T3R并联机器人机构型综合方法

针对并联机器人运动的非线性、强耦合问题,基于GF集理论提出一种完全解耦两移动三转动(2T3R)并联机构型综合方法.首先阐述GF集的基本概念、运算法则,给出并联机构数综合方程;然后根据GF集的求和运算和转动轴线迁移定理,给出机构输入运动副选择原则以及解耦支链设计准则;按照完全解耦并联机构设计步骤,列举出了2T3R并联机构各解耦分支运动链,综合出了含有单、双驱动支链的2T3R五自由度完全解耦并联机构,得到了大量新构型;最后通过综合出的2T3R并联机构,运用旋量理论求得其机构末端运动特征,求解机构位置正解解析表达式,进而推导得到机构雅可比矩阵,验证了该机构的完全解耦性,进一步证明了该构型方法的有效性.     

2-CPR/RPU并联机构的构型设计及工作性能分析

针对当前物流领域中货件品类多、人工耗用高等问题,为满足产线快速分拣的需求,提出一种全周自由度的2-CPR/RPU并联机构,以提高物流货件的分拣效率,减少人力时间成本。绘制2-CPR/RPU机构的三维模型,采用螺旋理论对2-CPR/RPU机构自由度进行求解,并根据修正的Grübler-Kutzbach公式进行验证,通过封闭矢量对机构支链进行位置逆解分析,基于逆解表达式求得机构速度Jacobian矩阵,利用代数法分析奇异位形是否存在,编程MATLAB语言求解其符合工作范围的点并绘制出工作空间,最后对机构的承重量进行有限元仿真分析。结果表明：2-CPR/RPU并联机构具有共3个自由度,可实现2T1R型的运动(沿x、z轴的平移和绕x轴的转动);结构尺寸符合要求没有奇异位形,工作空间较大,均匀分布且呈扇形对称,执行平台转动可达60°;2-CPR/RPU并联机构结构简单且运动稳定,工作精度高、载重性能良好,适用于大部分物流包装产线的分拣装箱工作。     

三角平台并联机器人奇异位形研究

介绍一种并联机器人奇异位形分析计算的新方法 .该方法以动平台瞬时运动为基础 ,建立奇异位形条件 ,从而获得简化的奇异位形判别方程式 ,以三自由度三角平台并联机器人为例对这一问题进行研究 .     

6/6-SPS型Stewart机构奇异轨迹性质识别的Z截面法

对6／6-SPS型Stewart并联机构的奇异轨迹的性质进行识别。基于Stewart并联机构奇异轨迹的解析表达式,推导出了该并联机构在相互平行的Z截面上的奇异轨迹。结果表明：6／6-SPS型Stewart并联机构在相互平行的Z截面上的奇异轨迹总是一个二次多项式其包括四对相交直线、一条抛物线及双曲线束。但是,当机构的上、下平台不平行时,机构在空间中的奇异轨迹又是一个不可分解的三次多项式。     

3-PCR并联减振机构动力学分析

为实现多自由度减振，以3-PCR并联机构为主体制定多维减振平台；利用拉格朗日法建立机构动力学方程。Matlab数值仿真结果表明，三驱动关节的驱动平衡力相位差为（2／3）π，随动平台相对定平台的位置增加，关节的驱动平衡力减小；当定平台边长增加时，驱动平衡力减小，动平台边长增加时，驱动平衡力增大；移动副轴线与定平台夹角减小时，驱动平衡力减小。     

重载三自由度旋转并联平台的位置逆解及其分析

介绍了一种重载车辆运动模拟用三自由度旋转并联平台的结构与特点,该平台具有3个独立的角度运动参数,但平台在绕航向、俯仰和侧倾三轴转动时,会产生附加的平移运动,在一定的角度范围内附加平移运动的量值很小,因而可以用作车辆运动模拟器.讨论了其中一种典型结构的位置逆解方法,并推导了相应的计算公式.通过数值计算,分析了结构参数对附加运动量值的影响,并得出了相关结论.     

基于四元数的6-SPS并联机器人姿态奇异研究

基于四元数描述刚体的姿态,对6-SPS并联机器人姿态奇异做了研究,避免了欧拉角描述刚体姿态时的奇异性.推导出6-SPS并联机器人动平台处于给定位置时机构在三维空间中的姿态奇异轨迹解析表达式,并利用计算机给出其姿态奇异轨迹的三维可视化描述.得到在关于姿态参数的三维空间内的原点附近存在一个非奇异姿态空间,提出在此非奇异姿态空间内部寻找一个最小内切球,并以此球半径作为衡量机构在给定位置时的姿态能力的性能指标,最后研究了机构构形以及动平台位置对姿态能力的影响.     

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.     

一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析

基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间(即偏转能力),研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的Z向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响.     

3-UPU并联机床关于3D自由曲面刻字的计算机辅助几何法

基于一种新的计算机辅助变量几何法,以新型3-dof(3自由度)3-UPU并联机床为对象,加工具有任意复杂形状的工件以及在任意3D自由曲面或平面上刻字.通过几何约束和尺寸驱动技术,先建立3-UPtJ并联模拟机构,再构造任意3D自由曲面和刀具轨迹的引导平面,与3-UPU模拟并联机构合成,得到用于加工任意3D自由曲面的模拟并联机床.给定加工路径,各驱动杆长和动平台的位置能自动求解出来.通过解析的方法验证对比,得出计算机辅助变量几何法不仅简单直观,而且省去了大量的编程计算.     

6-PRRS并联机器人正逆奇异性研究

基于雅可比矩阵研究了一种6-PRRS并联机器人的奇异性问题.对于正奇异,推导出一种基于速度投影的雅可比矩阵求解方法,提出了空间瞬时轴这一新的概念,并给出奇异产生时并联机构正奇异的表现形式.对于逆奇异,将并联机构拆分成多个串联机构,由指数积方法求得其雅可比矩阵,并证明了机构逆奇异产生时的雅可比矩阵为奇异.基于正、逆奇异,又提出了一种更为特殊的复合奇异现象,即在某个特定的空间位姿下,正、逆奇异同时发生,并给出了可能的存在形式.所提雅可比矩阵的求解过程及其奇异性的证明,以及对机构奇异的表现形式的描述,为研究并联机构的奇异性提供了新的、直观的方法.