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。     

对称结构Stewart机构位置正解的改进粒子群算法

根据杆长约束条件,建立了求6-DOF对称结构Stewart并联机器人机构位置正解的无约束优化模型.针对标准粒子群算法容易陷入局部极值、进化后期收敛速度慢等缺点,提出了一种基于差异度评价指标的改进粒子群算法--自适应变异粒子群算法.为克服随机算法不易求出并联机构全部位置正解的缺点,采用分层搜索自适应变异粒子群算法求并联机构位置正解中的优化问题.数值实例表明,对于对称结构Stewart并联机器人机构位置正解问题,改进粒子群算法能求出全部装配构型,且收敛速度较快、精度较高.     

并联机器人机构综合的超混沌数学规划法

针对牛顿法、拟牛顿法求解非线性方程组只能求得一个解,且有时不能收敛的问题,将超混沌系统与数学规划相结合,应用超混沌系统产生迭代初始点,提出了应用超混沌映射的数学规划法求解非线性方程组全部实数解的方法.6-SPS并联机器人的机构综合实例表明,该方法收敛快,能够求出全部实数解,证明了方法的正确性与有效性.     

基于引导人工蜂群算法的3—RPS并联机构正解优化

提出了一种求解3—RPS并联机构正解优化的快速数值解算法,采用数值优化方式将正解转换为最小化问题。针对3—RPS并联机构位姿正解优化,采用数值法建立该并联运动平台正解方程,其实质为带约束的多目标非线性方程组。建立判定方程实现方程组单目标优化,采用引导人工蜂群算法进行最小值优化求解。该算法既利用了基本人工蜂群算法中邻近蜜蜂交换蜜源信息的方式,又采用全局最优蜜蜂引导所有蜜蜂往更优蜜源处移动,更快速地搜索到最优蜜源位置。通过求解3—RPS正解数值解优化仿真算例分析,对比改进蚁群算法和基本人工蜂群算法,结果表明引导人工蜂群算法是高精度高速求解并联运动平台正解优化的一种有效方法。     

基于改进蚁群算法的3-PPR并联机构位置正解研究

针对3-PPR并联机构位置正解问题,运用螺旋理论计算其自由度,并分析其运动特性,同时通过解析法构建该并联机构的完整运动学逆解。将并联机构运动学正解问题的求解转化为对目标函数优化问题的求解,并基于此建立该并联机构正解的目标函数优化模型。通过对基本蚁群算法进行有效的改进,构建了可用于求解连续优化问题的改进蚁群算法。运用该算法求解3-PPR并联机构的运动学正解并进行Matlab仿真分析,对比传统数值方法和改进蚁群算法,证实该算法具有良好的全局寻优能力,并能避免初值和局部最优值对计算结果的影响,可有效应用于求解并联机构的位置正解问题。     

空间转动三自由度并联微调机构设计与运动学分析

根据并联机器人机构综合理论,设计了一种能实现重载情况下空间转动的三自由度并联微调机构,由运动平台、固定平台、驱动支链及从动支链组成,具有平衡稳定、承载能力强、位置精度高的特点.通过对该机构的运动学研究,求出其运动学位置逆解、正解及速度解.借助Matlab软件进行了运动学仿真分析,并提供了该并联机构在盾构管片拼装机上的应用实例,证明该并联机构可实现重载情况下空间微调精确定位.     

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。     

6-UPS并联机器人快速正向运动学研究

根据平面平台型6-UPS并联机器人的结构特点,选取3个代表点的空间坐标作为参数来描述动平台的位置和姿态,结合3个代表点之间的约束条件,建立9个参数的一次与二次多项式方程组,通过对方程组进行消元处理,最终得到6个未知数表示的二次多项式方程。针对所获得的二次多项式方程组特点,改进传统牛顿-拉夫森数值迭代算法,并将其用于并联机器人的一般六维二次多项式方程数值求解,迭代算法收敛并可得到唯一解。数值算例表明,在同等条件下,传统旋转矩阵方法的计算时间为1. 42～2. 67 ms,所提代表点算法计算时间为0. 14～0. 23 ms,大大减少了计算时间,提高了收敛速度和计算效率,为并联机器人高性能闭环实时控制奠定了良好基础。     

Kinematics Analysis of Spatial 4 -SPS/CU Parallel Mechanism

提出了一种能实现空间三维转动和沿Z轴移动的机构模型——空间4 - SPS/CU并联机器人机构模型,其中SPS支链为驱动支链,CU为恰约束从动支链.采用螺旋理论分析了4- SPS/CU并联机构实现空间三转动一移动的机构学原理,计算了自由度,给出了位置正解和反解的方法,导出了Jacobian矩阵,分析了速度、加速度性能、奇异位形与工作空间,为该并联机构的实际应用提供了理论依据.     

Tripod并联机器人运动学分析与样机实验

对Tripod并联机器人进行了运动学分析,计算了机构自由度,采用矢量代数法和数值法求出了运动学位置逆解和位置正解。利用Jacobian矩阵的条件数对其进行了运动性能评价,分析了其可达工作空间。计算结果表明该机构具有优越的各向同性性能和广阔的可达工作空间。通过ADAMS和Matlab运动学仿真软件对正解和逆解分别进行了验证。仿真实验结果证明了所建模型的正确性。并对Tripod并联机器人样机进行了精确定位实验、直线插补实验和圆弧插补实验,实验证明机构所建数学模型的正确性。     

3T1R并联机构结构设计与位置分析

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种三平移一转动(3T1R)并联机构。首先,应用方位特征集方法,综合了一批满足功能要求的并联机构;然后,综合考虑实际应用要求,从中优选出一种具有开发潜力的并联机构,分析结果表明:该机构具有全对称性、可折叠性及承载能力强、工作空间大等特点;最后结合实例给出了优选机构的位置正、逆解方程及其求解算法,结果表明:其位置逆解方程可解析求解,且最多存在16组解;而正解方程不能解析求解,且最多存在8组解。     

12-6台体型Stewart冗余并联机构正向运动学研究

针对六自由度并联机构的正向运动学无全解析解或全解析解推导困难、不便于程式化、存在多解选择的现状,提出一种含混合单开链支路的12-6台体型Stewart冗余并联机构,推导了适用于实时反馈控制的正向运动学全解析算法。通过单开链的方位特征集运算及路线分解,对机构的拓扑构型进行了剖析,并解算了耦合度,为运动学方程的构造及同构处理指明了方向。基于动平台上4个共面特征点的拓扑关系,对15个二次相容方程进行同构运算,推导了12个一次多项式,得到正向位姿方程的全解析解,具有形式简洁、对称,且根能够唯一确定的特点。根据速度基点法,建立特征点速度之间的矢量关系,解决了机构的速度正解问题。结合杆长协调方程及速度映射方程,并运用Jacobian代数法解析出机构的3组奇异曲面方程。实验结果表明,位姿正解的计算值与测量值完全一致,速度正解的最大相对误差为0.08%,它们的效率指标值分别为0.21和0.32,均满足实时性要求。     

3-UrSR 6自由度并联机构位置分析

提出一种采用球面2自由度五杆作为驱动装置的3 - UrSR并联机构.对该机构自由度进行了计算,对机构的位置反解进行了分析和研究,并列出了正解的约束方程组.最后用反解验证了正解的正确性,给出了该机构的位姿分析的数值仿真实例及图形.     

一种运动部分解耦的2R2T并联机构运动学与性能分析

提出了一种新型四分支并联机构。采用李群理论对机构进行了自由度分析,该机构能输出两转动两移动运动,可由与机架相邻的移动副驱动。研究了机构的位置模型,推导得到了位置反解和正解的表达式,分析了机构的运动部分解耦特性。求解了机构的雅可比矩阵,基于雅可比矩阵行列式讨论了其奇异位形。绘制了机构的工作空间及内部奇异分布,机构的奇异分布在工作空间边缘,具有很大的转动能力。机构在中间位置两个方向的转角范围分别可达-44°～60°和-35°～52°。对机构进行了运动/力传递性能分析,得到了工作空间内的性能分布情况,以全域传递指标为目标对机构进行了尺度优化。     

末端铰接三平动并联机构设计与性能优化

针对高性能3D打印需求,提出了一种结构简洁且高效的三平动(3T)并联机器人。首先,为得到期望的自由度构型,提出一种拓扑演化设计方法,即将一种三平一转自由度(3T1R)并联机构作为初始构型,根据螺旋理论解析该机构自由度及其性质,在此基础上,将动平台向其中心无限缩聚至一点,并使3条支链的末端连杆铰接于该点,进而对机构的末端铰接杆进行再设计,最终演化得到一种仅存在转动副且末端含铰接结构的三平动并联机构。其次,根据输入关节与末端铰接点之间的关系,采用几何投影法和闭环矢量法构建该并联机构的运动学方程,推导其位置正/逆解,并进一步得到速度雅可比矩阵,进而建立速度和加速度映射模型。随后,利用分层切片的搜索算法,预估机器人工作空间,并分析其奇异性。为综合评估机器人性能,对机构灵巧度、速度、承载力及刚度性能指标进行分析,进而提出一种多目标优化设计模型,并据此开展尺度综合,获得最优尺度参数。最后,借助多体动力学软件进行轨迹跟踪仿真校验。研究结果表明,该并联机器人结构简洁紧凑,性能优良,为其后续实体样机制造及实际应用奠定了理论基础。     

四自由度两模式并联机构结构综合与位置分析

为设计可实现一机多用的并联机构,提出了多模式并联机构的结构类型综合方法以及操作模式分析方法。首先利用方位特征集方法,综合得到一类(640种)具有运动分岔特性的4自由度并联机构;然后从中优选出一种机构进行操作模式分析,分析结果表明:机构处于分岔奇异点时动平台瞬时自由度为5,此时采用冗余驱动的方法可引导动平台通过分岔奇异点顺利到达三平移一转动或两平移两转动模式;最后推导了该并联机构处于上述2种操作模式时的位置正、逆解分析方程,得知位置逆解方程和三平移一转动模式时的位置正解方程均可解析求解。     

2-UPR-PRU并联机构静刚度模型建立与性能分析

针对2-UPR-PRU两转一移三自由度并联机构,采用螺旋理论和应变能方法对其进行系统的静刚度模型建立与性能分析。基于闭环矢量法建立2-UPR-PRU并联机构的运动学逆解模型。考虑分支杆件的柔性,采用螺旋理论和应变能方法推导2-UPR-PRU并联机构各分支的刚度矩阵,结合变形协调方程构建2-UPR-PRU并联机构的整体刚度矩阵,得到外载作用下机构在不同位型的变形情况和整体柔度矩阵,并通过ANSYS软件进行数值仿真验证。基于静刚度模型分析2-UPR-PRU并联机构的虚功刚度指标,获得2-UPR-PRU并联机构在不同外载和操作高度情况下的静刚度性能分布图谱。研究结果对于设计样机、提高机构的控制精度方面有重要的参考价值。     

6支链台体型Stewart衍生构型位置正解半解析算法

目前6支链Stewart并联机构位置正解无全解析解或全解析解推导困难,不利于程式化分析计算,本文设计4种6支链台体型Stewart衍生构型,并构建了一种数值法和解析法相结合的半解析算法。通过添加6条虚拟支链,4种衍生构型可重构为同一种12-6台体型拓扑构型;推导了重构构型的协调方程,并针对4种衍生构型,推导了虚拟支链长度的数值解;基于动平台上特征点之间的拓扑关系,推导了重构构型位置正解的全解析解。进一步对比分析了半解析算法与传统数值法在计算位姿正解时的精度、效率和稳定性。数值算例表明,半解析算法的精度与稳定性优于传统数值法至少2倍,但传统数值法的效率是半解析算法的7倍;同时得到了半解析算法的3点构型选取原则。