4自由度冗余驱动并联机构运动学和工作空间分析

提出了能实现二维转动和二维移动的空间4-UPS-RPU4自由度冗余驱动并联机构,并对该机构进行了运动学和工作空间分析。4-UPS-RPU并联机构包含5条驱动分支,其中4条分支为UPS(虎克铰-移动副-球副)结构,1条分支为RPU(转动副-移动副-虎克铰)结构。建立了该机构的位置反解数学模型,推导出了该机构的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了机构的位置反解、速度和加速度,并在此基础上分析该机构的工作空间。研究结果为4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。     

4-UPS-RPS空间5自由度并联机构运动学分析

提出了能实现三维转动和二维移动的4-UPS-RPS空间5自由度并联机构,并对该机构进行了运动学分析。4-UPS-RPS并联机构包含5条分支,其中4条分支为U-P-S（虎克铰-移动副-球副）型结构,1条分支为R-P-S(转动副-移动副-球铰)型结构。建立了该机构的位置反解数学模型,推导出了该机构的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机构的位置反解、速度和加速度,并采用ADAMS软件对机构的运动学进行模拟仿真,仿真结果表明理论分析结果完全正确,为该并联机构的实际应用奠定了理论依据。     

新型4自由度并联机构的运动学建模与分析

基于并联机器人机构的运动输出理论，考虑结构的对称性和支链的可重组性，构造出一种新型的具有三平移一转动的4自由度并联机器人机构。运用Denavit—Hartenberg表示方法建立机构位移反解模型并进行了数值验算。通过分析反解模型，找出影响机构可达工作空间的因素。引入蒙特卡罗方法思想，提出一种定姿态三维网格搜索方法来得到工作空间，利用Matlab软件编程，以图解形式描绘定姿态下的工作空间容积及工作空间与姿态角的变化态势，并对其进行了分析。     

5自由度空间并联机构运动学优化设计

定义了一种能综合评价不同位形下并联机构灵巧度的指标——平方平均灵巧度系数,分别考察了4-UPSRPS空间并联机构的定平台和动平台上铰链点的分布角、定平台铰链点分布圆的半径以及动平台铰链点分布圆的半径对平方平均灵巧度系数的影响规律,并据此对这些参数进行优化设计,得到该并联机构定平台铰链点的均布角为π/2,动平台铰链点的均布角为2π/5,定平台上第1个铰链点到定坐标系原点的距离为650 mm,定平台上其余4个铰链点分布圆的半径为800 mm,动平台上铰链点分布圆的半径为160 mm。仿真结果表明,经过优化设计,4-UPS-RPS空间并联机构的平方平均灵巧度系数指标比优化前明显增大,运动学性能得到了较大改善。     

基于螺旋理论对4-URU并联机构自由度分析

笔者通过对4-URU并联机构的自由度进行分析,该机构具有四个相同的支链,通过螺旋理论分析其中的一支链A₁B₁C₁的自由度及类型,首先对该支链建立螺旋系,通过求解该螺旋系的反螺旋,再分析四个支链的反螺旋系,最终得出该并联机构的自由度及类型。通过修正的G-K公式对结果进行验证,并将螺旋理论和G-K公式的优缺点进行对比,分析结果表明,利用螺旋理论来求解机构的自由度具有非常大的优势。     

4-PTT并联机构位置正反解与工作空间分析

提出了一种能实现空间三维平动和绕Z轴转动的4-PTT并联机构.运用解析几何中的坐标变换与投影理论,求得了该机构位置反解的显式表达式,给出了求解位置正解的方法,并进行了数值验证;采用极坐标搜索法确定了该并联机构的工作空间边界点,并利用Matlab和LabVIEW软件编程,分析了定姿态下工作空间的边界以及三维立体形状.研究表明该机构的工作空间具有边界光滑、体积大、无空洞以及截面形状规则等优点,适用于工业装配机器人、虚拟轴并联机床、多维减震平台等领域.     

3自由度空间并联机器人机构设计与分

提出了一种新型3自由度空间并联机器人机构,机构动平台具有两个移动和一个转动自由度.基于螺旋理论对机构的运动输出特性和自由度进行了分析与计算,推导出机构的位置和速度解的解析表达式,讨论了机构的奇异性和灵巧性.由于映射输出一输入速度矢量关系的Jacobian矩阵为单位阵,所以此机构为无奇异完全各向同性并联机构,故该机构具有良好的运动、力传递性能和潜在的应用前景.     

4-SPS/PPU型并联机构工作空间与尺度分析

以4-SPS并联机构为研究对象,采用加约束从动支链的构型演变方法得到一类2T2R（两个移动和两个转动）4自由度并联机构。根据速度Jacobian矩阵分析了机构的奇异位形,建立了4-SPxyz S/PxPzUxz 并联机构的工作空间求解的约束条件,得到了机构的位置和姿态工作空间,并提出利用“点集”近似计算位置工作空间大小的方法。引入敏感度概念,利用数值法解得了位置工作空间大小和姿态工作空间范围与机构尺度参数之间的关系,为机构尺度参数的选取提供了依据。     

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.     

基于几何代数的并联机构自由度自动化分析

基于R(3,3)几何代数,提出一种符号描述并联机构自由度的自动化算法。首先根据螺旋副之间的几何关系,利用R(3,3)几何代数能符号描述刚体运动的优势,自动求解并联机构各支链螺旋系;然后利用R(3,3)几何代数能符号表示集合交集和并集的优势,自动求解动平台运动空间,该运动空间为所求并联机构自由度的符号表示式;最后基于C++软件平台对这种并联机构自由度自动化求解算法进行验证。使用R(3,3)几何代数不仅能通过刚体运算法则得到支链螺旋系的符号表达,同时可以直接求解动平台运动空间,省去一般螺旋理论求互易螺旋需求解线性方程的过程,算法简洁,可以得到并联机构自由度的符号表达式,从而实现自动化分析。     

Delta并联机构工作空间解析及尺度综合

提出了Delta并联机构工作空间解析及尺度综合的方法.利用曲面包络理论得到Delta并联机构单开链子空间边界曲面的解析表达式.求得机构可达工作空间,进而导出工作空间包容的最大内切球体及其位置与尺度参数的关系.最后将上述球体作为设计空间,以雅可比矩阵条件数在设计空间的全域平均值作为机构操作性能衡量指标进行尺度综合,得到使机构操作性能最优的尺度参数.     

空间4—SPS/CU并联机构运动学分析

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。     

空间4-UPS/RPS并联机构动态静力分析

为了对空间4-UPS-RPS五自由度并联机构进行受力分析,采用达朗贝尔原理建立了并联机构的动态静力学方程,进而对机构受力情况进行了分析。首先,推导出了4-UPS-RPS并联机构的位置反解、速度反解和加速度反解的表达式;然后,应用达朗贝尔原理建立了4-UPS-RPS并联机构的动态静力学方程,导出了机构中5个驱动力;最后,分别利用Matlab理论计算与ADAMS虚拟样机仿真得到机构驱动杆的驱动力和动平台上球面副约束反力的变化曲线,验证了所建动态静力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPS并联机构驱动力和运动副反力的求解和结构设计提供了理论依据,也为其他空间并联机构的受力分析提供了可行的方法。     

3-RPS并联机构奇异位形及工作空间研究

提出一种求解并联机构无奇异位形工作空间的方法。通过分析3-RPS并联机构在奇异位形时动平台的微分运动与结构约束及关节约束的关系，得到机构奇异位形判别方程和奇异位形曲面方程。探索了工作空间边界，综合分析了机构奇异位形与工作空间的关系。合理选择机构结构参数和关节变化范围，得到了无奇异位形的工作空间。     

全解耦并联机构的运动学与工作空间分析

研究了一种改进型全解耦-平移两转动并联机构,导出了其运动学的正逆解解析式,并用Visual C＋＋6.0编程计算求得数值解,通过Surfacer软件得到并分析了位置工作空间形状及大小;与原机构在运动学正逆解数、解耦性与位置工作空间形状及大小、驱动等方面进行了比较,证实改进型机构比原机构具有更大、更健壮的位置工作空间且不易产生奇异位置.可使该类机型应用范围更广.     

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。     

无耦合3自由度并联机构的设计与分析

提出了一种无耦合二移动一转动3自由度空间并联机构,分析了其位置和速度的正、逆解析解,讨论了机构的灵巧性.该机构的雅可比矩阵为3×3阶对角阵,在所允许的整个工作空间内不存在奇异位形.通过将机构第3条支路的主动P副用2个轴线平行的转动副替换,得到一种2T1R型并联机构.该机构的雅可比矩阵为3×3阶单位阵,且其行列式的值恒等于1,因此机构在整个工作空间内表现为无奇异完全各向同性.因而所提出机构具有良好的运动学性能.     

基于螺旋理论的3自由度并联机构运动学分析

【目的】满足汽车表面加工与车漆喷涂的任务需求,利用机器人进行协同甚至自主完成加工、美化工作,提高工作效率。【方法】设计了一款具备多自由度的汽车车身制造与喷漆机器人,采用3-RPS并联机构作为执行部件支撑件,针对机器人的结构设计特点,主要对机器人末端3-RPS并联机构支撑部分的机构构型和整体运动采用螺旋理论进行分析,利用闭环支链建立机构运动学模型。【结果】利用MATLAB和Admas View软件分别完成了运动学方程求解和运动学仿真,两者结果误差在3%以内。【结论】仿真值与分析值的误差较小,在可忽略范围内,所建立的设计机构运动学方程有效可行,可以利用此结果进行进一步的机器人运动控制设计与相关研究。     

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。     

3-PSR空间并联机构设计及运动分析

本文提出了一种能实现空间二维转动和一维平动的3-PSR并联机构,该机构结构对称,刚度大,有3条分布均匀、完全相同的支链。根据机构的自由度K-G公式计算了该机构的自由度,利用螺旋理论分析了该机构的运动形式;建立了机构的虚拟样机,并导入ADAMS/View软件中进行运动仿真,结果表明该机构能实现空间沿x、y轴转动和z轴移动,与螺旋理论分析的运动形式完全一致,这为后续研究该机构其他方面的性能提供了参考依据。