对称三自由度并联机器人拓扑结构型综合与分类

以单开链支路为单元,揭示了对称少自由度并联机器人组成的规律,提出了输出运动为3自由度并联机器人的型综合方法.型综合共得到5种对称的三维平移3自由度的并联机器人和6种对称的三维转动3自由度的并联机器人.     

完全各向同性2T1R空间并联机器人机构型综合

提出了完全各向同性二移动一转动(2T1R)空间并联机器人机构型综合的系统方法.首先根据机构各分支预期功能的要求,基于互易螺旋理论确定出各分支的驱动螺旋、主动螺旋和可动非主动螺旋;再按照分支连接度的不同列举出机构的各分支运动链;最后根据机构各分支装配要求将动平台和静平台连接起来即可得到预期的机构,并得到大量新型机构.实例分析验证了型综合方法的正确性.由于所综合出的并联机器人机构的运动雅可比矩阵均为单位阵,因此这类机构具有良好的运动学和力传递性能.     

两平移一转动并联机构位置及工作空间分析

分析了一种两平移-转动并联机构，求出其运动学正解和反解的封闭解，系统讨论了该机构的工作空间及转动能力，为该机构工作空间综合提供了依据。与其他类似机构相比，该并联机构结构简单，位置分析求解容易，易于实时控制，可广泛应用于工业装配机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域。     

三平移并联机器人坐标测量机精度研究

提出一种三平移并联机器人坐标测量机的设计方法。根据机构型的解耦性与控制和误差软件补偿的关系，选择非对称型三平移弱耦合并联机构用于坐标测量机，分析了该机构位置的正反解，建立了误差模型。由于该机型具有弱耦合特性，使得用软件补偿精度的方法变得方便可行。研究了影响该坐标测量机精度的机构因素．探讨了运动学参数软件逐步标定的方法。     

6-CPS正交并联机器人位置正解分

根据并联机器人机构结构综合理论，提出了一种6-DOF 6-CPS正交并联机器人机构，并对位置正解进行分析。以机构6条驱动腿的长度为约束条件，建立约束方程，得到了求位置正解的非线性方程组。应用产生或强化混沌系统的反馈混沌化方法——Chen-Lai算法，对离散时间系统施加反馈控制，可得到预期Lyapunov指数和良好遍历性的混沌系统。应用基于反馈混沌化的Newton迭代算法(CBNIA)求解6-CPS正交并联机器人机构正位置分析中的非线性方程组。数值验证表明，CBNIA能够快速求出全部位置正解，且正反解结果十分吻合。     

基于Isight的3—UPS—S并联机器人机构多目标优化

综合考虑并联机器人机构工作空间、灵巧度、承载能力、刚度等多方面性能要求,以3—UPS—S型并联机构为例,基于Isight集成Matlab、Pro/E、ANSYS等软件,构建多目标优化设计基本流程,进行并联机构多目标尺度综合,建立一种并联机构多目标优化的方法。研究结果表明,该方法可以有效集成各领域工程软件进行组合试验设计与多目标优化,实现自动计算运动学和动力学性能指标、自动三维模型建立及有限元分析等步骤,得到Pareto图及Pareto前沿,决策者可根据优化信息选取合适的最优解。     

基于支链自由度的并联机构结构综合

以先进制造装备中的机器人工作台为应用背景，研究具有3、4、5自由度的并联机构结构类型。以并联机构各支链的自由度数为基础，以运动副的自由度及运动副形式为依据，综合出具有3、4、5自由度的支链类型和运动输出矩阵形式。同时给出连接静、动平台铰链的几何结构，动平台运动输出类型。以并联机构的运动输出是各支链运动输出的交集为理论基础，提出并联机构的综合步骤，并以三平移—转动的4自由度并联机构为实例进行结构综合。通过ADAMS软件平台，对并联机构建模及仿真实验验证。     

三平移并联机器人机构的精度分析

针对一种具有相似平台的3-TPT型三平移并联机器人，根据该机器人的位置反解方程，利用全微分理论建立了该机器人精度分析的数学模型；通过计算机仿真研究了机器人的驱动杆杆长误差、结构尺寸变化和位姿变化对机器人精度的影响，为该机器人机构的实际误差补偿与控制提供了理论依据。     

6-CPS正交并联机器入位置正解分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出了一种6-DOF 6-CPS正交并联机器人机构,并对位置正解进行分析.以机构6条驱动腿的长度为约束条件,建立约束方程,得到了求位置正解的非线性方程组.应用产生或强化混沌系统的反馈混沌化方法--Chen-Lai算法,对离散时间系统施加反馈控制,可得到预期Lyapunov指数和良好遍历性的混沌系统.应用基于反馈混沌化的Newton迭代算法(CBNIA)求解6-CPS正交并联机器人机构正位置分析中的非线性方程组.数值验证表明,CBNIA能够快速求出全部位置正解,且正反解结果十分吻合.     

无耦合空间移动并联机构型综合

为解决利用一般型综合方法得到的并联机构具有强运动学耦合性的问题,基于驱动力螺旋理论提出了一种无耦合空间移动并联机构型综合的系统方法。首先建立了无耦合移动并联机构运动输入输出关系的数学模型;然后根据机构速度雅可比矩阵为对角阵的条件推导出分支运动链驱动力螺旋和主动运动螺旋的形式;再根据互易积原理建立了分支运动链非主动运动螺旋的确定方法,给出了分支运动链型综合准则和步骤;最后将所综合的3条分支运动链按照指定的配置方式将动平台和静平台连接起来即可得到具有预期运动特性的机构。本文共综合出60种具有对称结构的无耦合空间移动并联机构,其中非过约束机构有47种,含有惰性副的有29种。所得到的部分机构的雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1。这些机构具有较好的运动和力学传递性能,进一步丰富和完善了并联机构的型综合理论。     

机器人机构方位特征集自动生成算法

针对传统结构分析方法效率过低且难以得到完备结果的现状,将机器人机构学理论与现代计算机技术相结合,提出了机器人机构拓扑结构的数字建模方法,并给出方位特征集自动生成算法及流程。首先,提出拓扑结构组成要素的数学描述方法以及相应的数据结构,得到机器人拓扑结构的数字模型。然后,在揭示出方位特征集本质内涵的基础上,利用线性相关性理论制定相应的运算规则,进而提出方位特征集的自动生成算法和流程。最后,结合具体实例验证了上述数字建模方法和方位特征集自动生成算法的有效性。     

柔性并联机器人动力学建模

针对一般柔性并联机器人动力学模型,提出了一种精确而简单的动力学建模方法.根据并联机器人结构特点,将其划分为若个刚性子结构和弹性子结构,形成一个刚柔结合的系统.静平台和动平台相对其他构件变形较小,将它们作为刚性子结构,各个支链作为弹性子结构.分别建立各子结构的动力学方程,弹性子结构采用有限元法和模态综合法建立其动力学方程;考虑各个柔性支链弹性变形对刚性子结构的影响,建立刚性子结构动力学方程;推导出相邻的刚性子结构和弹性子结构之间的几何约束关系.通过相邻子结构的协调矩阵,将各个子结构的方程进行装配形成系统的弹性动力学方程.通过一种高速并联机械手的动力学特性比较分析,表明该方法的正确性和可行性.由于引入刚性子结构和采用了模态综合法,减少了系统自由度数,从而简化了计算模型,为柔性并联机器人提供一种实用的建模方法.     

多足仿生移动机器人并联机构运动学研究

以一种具有变形关节的多运动模式仿生移动机器人为研究对象,利用坐标变换法构建了并联机构的运动学模型;利用各分支末端之间的几何关系,求解了并联机构的运动学正解,并进行了仿真验证,仿真结果表明该机器人运动学模型构建正确、运动学正解求解正确;利用几何建模和数值求解方法对并联机构的运动学逆解存在性进行了求解验证与分析证明。     

基于Delta并联机构钵苗移栽机器人尺度综合与轨迹规划

Delta并联机构具有速度快、运动精度高、灵活性强等特点,非常适合穴盘育苗过程中的移钵作业及补苗需要。基于三自由度Delta并联机构和气动取苗爪,设计了一种高速钵苗移栽机器人。通过建立Delta并联机构的单支链约束方程,求解出钵苗移栽机器人的可达工作空间;为使其可达工作空间尽可能接近设计工作空间,以机构雅可比矩阵条件数作为惩罚条件,建立起兼顾钵苗移栽机器人整机尺寸与运动学性能的尺度综合目标函数,并应用遗传算法得到机构最优尺寸参数。根据盘到盘钵苗移栽的运动要求,对移栽轨迹进行规划并选取五次多项式作为移栽动平台的运动规律函数。基于机构尺度综合和轨迹规划设计物理样机,并进行盘到盘的钵苗移栽和健壮苗补苗性能试验,结果表明:随着移栽动平台携苗运动最大加速度的提高,钵土破碎率逐渐加大,钵苗移栽合格率逐渐降低,在最大加速度amax为30 m/s2时,钵苗移栽合格率可达95.5%,移栽速率可达2 149株/h,在此加速度下进行健壮苗补苗试验,补苗合格率可达92%,证明了将Delta并联机构用于钵苗移栽机器人的可行性,以及尺度综合和轨迹规划的合理性。     

变杆长/变扭角空间机构的位置分析

针对某些工程由于受机构固定构件的限制而难以完成的问题，给出了一种新型空间机构，该机构能够在工作中改变某个参数的运动规律而实现所需的特殊空间轨迹。利用向量回转法建立了该空间机构睁数学模型，调用Matlab函数分别对变杆长RRRSR—l2机构和变扭角RRRSR-α1，机构进行了位置分析，解出并利用绘图函数表达了两机构同一杆上同一点的轨迹曲线，并进行了分析比较。     

基于方位特征方程的2T2R并联机构拓扑综合与分类

基于方位特征(POC)集方程的并联机构型综合方法,给出了可实现两平移两转动(2T2R)并联机构(parallel mechanism,PM)的型综合过程和方法,包括基于拓扑等效替代的复杂支路综合方法、支路几何装配条件的判定方法及驱动副的判定方法等,得到了15种2T2R构型,其中10种为新构型;并且,对这些构型按支路结构和动平台数目进行分类,对它们进行拓扑特征分析,得到其所包含的AKC(Assure运动链)(包括独立回路数、耦合度数)、自由度类型和运动解耦性。本文综合出的构型结构较为简单,易于装配,具有一定的实用价值。     

柔顺关节并联机器人设计与实验

通过实验研究,运用结构参数化方法设计了满足要求的柔顺关节,用以代替传统运动副进行传动,建立了含有柔顺关节的柔顺并联机器人机构,并与控制系统和OPTOTRAK测量系统一起组成实验系统,开展柔顺关节并联机器人动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面的系统研究.以3自由度柔顺并联机器人为研究对象,分别对用转动副传动的刚性并联机器人和用柔顺关节传动的柔顺并联机器人进行了实验研究.通过对实验数据的对比分析,各项实验指标相对误差均控制在允许之内,表明在并联机器人中用柔顺关节取代转动副的有效性.     

2TPR&2TPS并联机器人结构参数辨识

并联机器人末端位姿精度对其工作性能影响较大，建立有效的标定算法是提高机器人位姿精度的重要保证。本文以一种2TPR&2TPS并联机构为研究对象，首先对机器人进行运动学分析，采用全微分法得出机器人的误差模型，根据该模型得出机器人结构参数误差与末端位姿误差的量化关系，以及各误差项误差变动对末端位姿误差的影响规律；接着，建立参数辨识模型和标定效果评价函数，验证了参数辨识模型的有效性，再用该模型辨识机器人的结构参数误差；最后，修正运动学模型完成了机器人的误差标定。实验结果显示，标定后机器人的平均位置精度提升68.62%,距离误差均值由7.710 mm降至2.350 mm,精度提升69.52%,实验结果证明本文的标定算法有效。