RRR冗余并联机器人驱动力优化

为了在机构中实施内力控制,提出了一种基于功率优化的驱动力分配策略。首先,提出一种冗余平面并联机器人运动学和动力学分析的方法。用螺旋理论推导了机构雅可比矩阵,基于牛顿〖CD*2〗欧拉公式计算主元点的惯性力螺旋,用虚功原理构建动力学公式。然后,基于力优化,分别分析了4〖CD*2〗RRR机构和3〖CD*2〗RRR机构的驱动力,比较结果表明4〖CD*2〗RRR的驱动力峰值有所下降。最后,基于功率优化,对4〖CD*2〗RRR的内力和驱动力进行优化,得到了机构内力和驱动力的变化规律。     

冗余驱动的三平动并联机构性能分析与优化

提出一种冗余驱动的三平动并联机构。利用李群理论和修正的Grübler-Kutzbach公式对机构的输出自由度进行了分析。建立机构的位置方程,得到位置逆解和正解表达式,分析机构的运动部分解耦特性。推导机构的雅可比矩阵,并进行奇异分析。分析机构的工作空间。采用螺旋理论和虚功原理,建立机构的动力学模型,得到驱动力的优化分配,驱动力理论分析与仿真计算结果最大偏差为0.6%。建立机构的运动学评价指标和动力学评价指标,并研究尺度参数与机构性能间的映射关系。基于性能图谱对机构的尺度参数进行优化,提高其综合性能。     

基于螺旋理论的球面并联机构动力学解析模型

提出了一种应用螺旋理论建立球面五杆并联机构动力学解析模型的方法。应用螺旋理论导出了球面五杆机构的一、二阶影响系数。基于凯恩方程和数值一符号方法，把机构的广义坐标以及构件的惯性参数和几何参数处理为符号量，将动力学模型矩阵的推导问题转化为特定条件下运用运动学和动力学公式求解驱动力的问题，建立了球面五杆并联机构的动力学解析模型。给出了动力学模型矩阵元素的解析代码生成和仿真计算实例，并讨论了球面机构的构件尺寸参数和惯性参数对机构驱动力矩的影响。     

4-PRR冗余并联机构驱动力与能耗优化

为在不同马赫数下的流场中进行风洞试验,需对喷管段的型面进行精确控制,为此设计了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,利用封闭矢量法和影响系数法求解该机构运动学逆解。在运动学基础上,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学模型,然后根据冗余并联机构驱动方式不唯一的特点,提出驱动力二范数与最小驱动总功率的优化方法,分别得到驱动力与驱动功率曲线,并与非冗余3-PRR并联机构的驱动力与驱动功率进行对比。结果表明,冗余驱动能够较明显地降低驱动器的瞬时驱动力、瞬时驱动功率和运动周期内驱动器所做功,两种优化方法驱动器做功分别减少了49. 2%和50. 7%。结合驱动力二范数、最小驱动总功率的优化结果,选取适当的驱动方式可以实现冗余并联机构驱动器瞬时驱动力与瞬时驱动功率的均衡与优化,并降低机构运动过程中的功耗。     

高速6—PSS并联机器人参数优化设计

针对高速6-PSS并联机器人尺寸参数多、动态性能复杂等特点,提出一种以工作空间为基础、动力学特性为优化目标的多目标优化方法。首先构建机构运动学方程,并利用拉格朗日法构建动力学模型,对机构的约束条件及工作空间进行分析,确定尺寸参数的搜索范围。然后,分析各个尺寸参数对关键动态性能的影响趋势,综合分析计算结果并提出优化目标函数。最后,通过优化数学模型计算,得到并联机器人尺寸参数最优解。通过仿真验证,对比优化前后驱动力、速度、功率等动态性能参数值,结果表明了优化算法的有效性和正确性,可为高速并联机构的参数设计提供一种有效的优化方法。     

考虑关节摩擦效应的并联机构动力学分析

分析了一种4-SPS/CU并联机构的运动学,将该机构的关节摩擦力视为非保守力。定量分析关节摩擦力对该机构动力学特性的影响,关键在于求出关节摩擦力对应的正压力。为了简化其动力学模型,将该机构驱动支链作为整体分析使其驱动力和驱动摩擦力视为内力,首先考虑该机构的恰约束从动关节的摩擦力,再以“库伦+粘性”摩擦模型为基础,利用牛顿-欧拉法分别对该机构的驱动支链、恰约束从动支链与上平台建立了含摩擦的动力学模型。在已知上平台运动轨迹的情况下,通过该动力学方程得到了该机构的关节约束反力/力矩。基于驱动支链正压力与各关节约束反力/力矩之间的关系,导出了该机构的驱动摩擦力模型,并成功地将驱动摩擦力引入到该机构的动力学模型中。为对该动力学模型进行有效的仿真计算,制定了其数值仿真迭代过程。仿真结果说明关节摩擦力的存在对该机构的驱动力产生显著的影响。     

4-UPS/UPR并联机构动力学分析

基于车辆在行驶过程中的运动特性,提出了一种耦合型4-UPS/UPR并联机构作为车辆运动模拟台。应用螺旋理论分析了中间约束分支对上平台的约束作用,并基于Grassmenn线几何分析了机构的铰链点布置对机构奇异的影响。利用旋转矩阵的运动算子功能对机构的耦合运动特性进行了分析。基于旋量速度、加速度,建立了机构运动学模型,并利用刚体的牛顿-欧拉公式建立了机构(包括各个分支)详尽的动力学模型,并给出了相应的数值算例进行验证。     

基于牛顿欧拉法的2UPS-2RPS并联机构逆动力学分

2UPS-2RPS为具有两种不同支链结构的4自由度并联机构,具有结构简单,制造成本低,控制容易等优点。由于自由度数目少于6,机构的支链不仅传递驱动力,同时还向末端提供约束力,因此在对机构动力学控制及尺度和截面参数动力学优化时,驱动力和约束力分析都是必要的。本文运用牛顿欧拉法建立了该机构的逆动力学方程。在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解得出所需驱动力和约束力矩,并给出仿真实例。     

两支链三平移并联机构动力学分析与性能优化

对前期提出的三平移并联机构2P4R(Pa)-PR(Pa)R进行了动力学分析及其性能优化。首先,基于该机构的符号式位置正解,直接求得其各杆件（角）速度和（角）加速度;然后,采用基于虚功原理的序单开链法,对该机构进行动力学建模,并通过比较3个驱动力的理论计算值与仿真结果,验证了动力学建模的正确性;进一步,以杆件长度和质量参数作为设计变量,以可达工作空间和能量传递效率两种性能指标为目标函数,对该机构进行运动学和动力学性能的二级递进优化,得到机构在上述两种性能指标下的最优解,使机构可达工作空间性能指标提高56.2%,全局能量传通效率性能指标提高63.6%,为机构设计与样机研制奠定了基础。     

2RPU+2UPR+RPR多冗余驱动并联机构运动学分析与优化

提出一种RPR型多冗余驱动两转一移并联机构2RPU+2UPR+RPR。基于螺旋理论建立机构运动螺旋系与约束螺旋系,分析机构自由度性质;建立机构运动学模型,基于软件仿真结果验证理论模型正确性;推导机构传递螺旋系,建立机构局部性能指标与全域性能指标;基于优质工作空间和优质传递性能分布对机构进行尺度优化,获得机构优化尺度与传递性能图谱,分析关键尺度参数对机构传递性能的影响;基于雅可比矩阵和传递性能分布分析优化尺度下机构奇异特性,机构在优化空间内无奇异位形。     

基于牛顿欧拉法的2UPS-2RPS并联机构逆动力学分析

2UPS-2RPS为具有两种不同支链结构的4自由度并联机构,具有结构简单,制造成本低,控制容易等优点.由于自由度数目少于6,机构的支链不仅传递驱动力,同时还向末端提供约束力,因此在对机构动力学控制及尺度和截面参数动力学优化时,驱动力和约束力分析都是必要的.本文运用牛顿欧拉法建立了该机构的逆动力学方程.在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解得出所需驱动力和约束力矩,并给出仿真实例.     

五自由度并联机器人机构动力学模型

提出了4-UPS-UPU 5自由度并联机器人机构,建立了机构的动力学模型.推导了UPS和UPU支链的运动学反解的解析方程,并建立了各个构件速度与动平台速度的映射关系;推导了各个运动构件的外力对应于5个驱动杆的等效驱动力,然后用虚功原理推导了4-UPS-UPU并联机器人机构的动力学模型,为支链中驱动力和约束力矩的求解以及整个机构的动力学分析奠定了基础.最后结合机构的工程应用实例,采用Matlab编程对动力学模型进行了实际计算,并绘制了机构驱动杆驱动力和约束力矩的变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性.     

三平移刚柔混合并联机构优化设计与动力学分析

提出了一种三自由度绳驱动并联机构,其包含3组同组平行、异组交叉结构的绳系支链和1组被动弹性支链,具有轻质量、高加速度、大工作空间等特点。基于封闭矢量方法推导了机构运动学方程,并分析了机构可达工作空间和任务工作空间以及中间弹性支链对工作空间范围的影响;基于达朗贝尔原理推导了机构的平衡方程,利用边界搜索法、控制变量法建立了中间弹性支链的结构参数与绳索驱动力之间的关系,在保证机构满足高加速度及任务工作空间的条件下,以绳索的驱动力为优化目标对弹性支链结构参数进行优化,确定了合理的弹簧弹性系数和初始长度。采用拉格朗日方法建立了机构的动力学方程,并通过联合Matlab数值计算与ADAMS仿真验证了动力学方程的正确性。最后,基于优化结果设计了试验样机,并通过试验验证了机构运动学方程的正确性。     

线矢力各向同性分析与其在机构构型综合中的应用

鉴于线矢力与机构的承载能力密切相关,对线矢力的各向同性条件进行了研究,得到了线矢力满足各向同性的一般条件,提出了一种事先考虑驱动副布置的冗余驱动移动三自由度并联机构构型综合方法。该方法首先综合与支链约束力螺旋和驱动力螺旋均互易的运动链;然后再构造与支链约束力螺旋互易而与驱动力螺旋不互易的驱动副,从而得到了数种典型的满足驱动线矢力各向同性的冗余驱动三自由度移动并联机构构型;最后,对其中的一种典型机构4-PRRR进行了分析,结果表明,该机构在运动过程中始终满足承载能力各向同性,验证了前述线矢力各向同性分析与构型综合理论的正确性。     

典型并联机构拓扑结构特征分析

采用基于方位特征(POC)和有序单开链(SOC)的并联机构拓扑结构设计理论与方法,对Omni-Wrist III、PS+PRS+PSS、3-RRR球面、2-SPS+1-RPR,以及实现Schoenflies运动的3种3T1R机构(H4、4-R∥R∥R⊥R∥R、X4改进型)等7种具有较好实用价值的典型并联机构进行了拓扑结构具体分析,给出了它们的POC集、自由度、耦合度3个主要拓扑结构特征,这些特征反映了这些机构拓扑结构、运动学及动力学的基本性能,为其拓扑结构优化、运动学与动力学研究,以及设计和应用提供了理论基础;揭示了一些有利于并联机构设计和应用参考的共性规律。     

双环多杆天线展开机构运动学与动力学分析

针对一种双环多杆天线展开机构进行了运动学与动力学特性分析,首先分析了展开机构构型特征,并对整体机构进行了单元分解,基于螺旋理论,绘制了单元机构的螺旋约束图;进而建立了单元机构的螺旋约束方程组,然后通过螺旋速度递推求得机构中构件的角速度和质心线速度,采用坐标转换求导法得到了速度雅可比矩阵,利用螺旋导数并基于螺旋加速度合成法则得到了构件的螺旋加速度和角加速度以及质心线加速度;最后基于拉格朗日方程,建立了整体机构的动力学方程,通过数值计算与模拟仿真,分析得到了不同构件的运动学与动力学特性,验证了理论推导的正确性。本文分析的双环多杆天线展开机构为单自由度机构,整体结构简单,仅需一个驱动便可收拢和展开,基于螺旋理论和拉格朗日法相结合的运动学和动力学建模分析方法物理意义明确,可以较好地应用于此类空间可展开机构的分析中。     

具有驱动容错性的冗余并联机构构型综合

目前并联机构大多采用容错控制策略实现驱动故障容错,而从并联机构结构设计角度研究较少。本文基于雅可比矩阵,提出一种评价并联机构分支驱动力失效的可操作性失效度指标,并以冗余并联机构为研究对象,给出机构具有驱动力失效容错性的驱动“同一性”条件。基于螺旋理论,提出一种具有驱动容错性的冗余并联机构构型综合方法,综合出一类具有驱动容错性的三转动冗余并联机构新构型。本文为解决冗余并联机构驱动力失效问题提供了新的思路,丰富了并联机构的构型,为具有驱动容错性的冗余并联机构的应用发展提供了理论基础。     

6—PSS柔性并联机器人动力学分析与仿真

为了提高风洞试验的安全性,对风洞试验用6-PSS并联机构进行柔性动力学分析。首先,对机构进行运动学分析,得到机构的运动学逆解,利用一阶影响系数法,推导出机构雅可比矩阵。其次,在拉格朗日方程基础上,采用一种合理简化模型动力学建模方法,给出机构动力学方程。提出一种简单实用的柔性动力学建模方法,运用ADAMS软件建立机构的柔性动力学模型,进行并联机构的柔性动力学仿真。对比刚体动力学和柔性动力学曲线,验证了柔性动力学仿真的正确性。最后,分析柔性动力学中驱动力和柔性变形等数据曲线,总结出并联机构柔性状态下动力学特征。     

基于模型的冗余驱动并联机构神经网络同步协调控制

冗余驱动并联机构驱动数目大于自由度数目,其各驱动关节间需要具有更高的驱动协调性。为了解决冗余驱动并联机构的驱动协调问题,本文提出了一种基于模型的驱动力同步协调控制方法。以冗余驱动并联机构6PUS+UPU为研究对象,在力位混合驱动的基础上,提出了一种驱动力同步协调控制策略;结合神经网络设计了驱动力同步控制器,并基于机构动力学模型设计了神经网络自学习算法。模型仿真与样机实验分别验证了本文方法的有效性。     

基于拉格朗日的冗余驱动并联机构刚体动力学建模

针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用拉格朗日法建立4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的动力学模型,为并联机构驱动力的求解以及整个机构的动力学分析奠定基础;最后结合算例,采用Matlab编程对动力学模型进行数值计算并绘制了机构驱动杆驱动力变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构动力学优化设计和控制等后续研究提供了理论依据,也为其他冗余驱动并联机构的动力学建模提供了可行的方法。