金振林[1]2001年在《新型六自由度正交并联机器人设计理论与应用技术研究》文中指出提出四种新颖的具有正交位姿的六自由度叁维平台并联机器人，它们是2-2-2-SPS叁维平台并联机器人、3-2-1-SPS叁维平台并联机器人、2-2-2-PSS叁维平台并联机器人和3-2-1-PSS叁维平台并联机器人。这四种叁维平台并联机器人处于正交位姿时，都具有受力变形无耦合的特点，对于2-2-2-SPS叁维平台和2-2-2-PSS叁维平台并联机器人，同时具有运动学与力学各向同性的特点，这些特点使它们特别适合于作为六自由度微操作手和机器人六维力传感器结构。 基于2-2-2-PSS叁维平台并联机器人和3-2-1-PSS叁维平台并联机器人机构，提出两种新颖的六自由度叁维平台并联微操作手，推导出显式的位置正反解方程，分析微位移传递性、运动传递性能、静力传递性能及其与结构几何参数关系，这对微操作手的结构设计和驱动器的选择非常有意义。这两种微操作手用柔性铰链替代球铰，用柔性框架替代直线移动副，本体为整体式结构，具有结构紧凑灵巧、分辨率高、微位移解耦、算法和控制简单等优点。 针对以Stewart平台为原型的六自由度并联机床各向同性和工艺性差等问题，提出一种基于2-2-2-SPS叁维平台并联机器人机构的新型六自由度叁维平台并联机床。分析其结构和装配工艺性，研究其定位姿工作空间及机床结构参数对工作空间大小的影响，基于Jacobian矩阵和力Jacobian矩阵中同量纲元素构成的子阵，提出该并联机床在任意位姿的运动／力学传递各向同性评价指标、运动学传递能力评价指标和承载能力评价指标；基于柔度矩阵中同量纲元素构成的子阵，提出该并联机床在任意位姿的力-位置柔度评价指标、力-姿态柔度评价指标、力矩-姿态柔度评价指标和力矩-位置柔度评价指标；研究各性能指标在定位姿工作空间内的分布情况。 提出该并联机床的全域运动／力学传递各向同性性能评价指标、全域运动学传递能力评价指标、全域承载能力评价指标和全域柔度评价指标，在建立的几何空间模型中研究机床结构参数与各全域性能指标的关系并给出性能图谱。应用模糊信息处理技术，研究基于性能图谱的机床结构参数的模糊决策方法，这种决策方法对机床结构参数可能选取的值进行了科学的分析与定量的比较，决策出的机床结构参数更合理，为实现并联机床全局最优的结构参数的计算机辅助优化设计提供了一条新途径。 提出并分析叁种新颖的并联结构六维机器人手指／腕力传感器，它们是基于2-2-2-SPS叁维平台并联机器人机构的各向同性结构六维机器人腕力传感器、基于3-2-1-SPS叁维平台并联机器人机构的六维机器人腕力传感器和基于等平台Stewart机构的六维机器人手指/腕力传感器。研究基于等平台Stewart机构的六维机器人手指／腕力传感器的参数设计方法，研制了多种并联结构六维机器人手指／腕力传感器样机和可实现叁维力和叁维力矩加载的六维力传感器的标定装置，对基于等平台Stewart机构的六维机器人手指力传感器样机进行了标定实验与分析。 本论文的研究工作为具有自主知识产权的并联机器人技术的产业化奠定了基础。
高峰[2]2004年在《并联机器人设计理论及其关键应用技术研究》文中认为并联机器人采用了一种“知识密集”型并联机构,国际上公认并联机构的设计是较困难的热点问题.本文论述了国内外有关并联机器人研究的现状,讨论了并联机器人设计理论和创新方法以及在六维力传感器、六维鼠标、六自由度并联微操作机器人、五轴并联机床等方面的应用.本文对并联机器人研究有重要的理论与实际意义.
赵静波[3]2009年在《六自由度仿生机器马系统设计与建模控制研究》文中指出并联机器人具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等特点,在应用上与串联机器人呈互补关系,已经成为当前机器人领域的研究热点,并在航空航天、仿生学、工业生产、微操作、文化娱乐等领域得到广泛的应用。尽管并联机器人在实际应用和理论研究中取得了大量成果,但是在并联机器人机构学、运动学、动力学、奇异位形和运动控制等方面仍具有极大的挑战,如简化平台机构(如Stewart平台)、采用新型控制体系、运用合适的控制策略等方面。本文基于新型六自由度正交并联机构,采用“NC嵌入PC”开放式结构体系设计了仿生机器马的控制系统。该系统通过上下位机构成两级控制系统,上位工控机通过PCI总线与下位机进行通信,下位机以NI PCI-7356运动控制卡作为主体,构成了运动控制系统,驱动部分采用松下伺服电机完成。控制过程采用LabVIEW辅以NI公司的专用运动控制软件进行设计,整个控制系统通过选取适合的控制器件和模块及其集成,缩短了机器马的开发周期,达到了设计目的。本文为对仿生机器马进行控制,建立了机器马的逆运动学模型,从支链的控制稳定性考虑,确定采用电流环、速度环和位置环的叁层闭环控制,根据实际控制中的特点,将模糊自适应PID控制应用于支链闭环控制中,并进行了仿真,同时与普通PID控制进行了比较;随后对仿生机器马的受力进行了分析,基于Newton-Euler方法建立了机器马的动力学方程,通过解出加速度法针对仿生机器马的动力学模型设计了非线性控制器,并给出了叁个轴向受力分析仿真结果。
张亮[4]2016年在《仿人机器人肩肘腕关节及臂的设计》文中研究表明本文研究了仿人机器人肩、肘、腕关节的工作空间、运动学、动力学、尺度综合及臂的运动学与轨迹规划等问题。论文取得了如下成果:设计了一种新型七自由度混联拟人臂,其肩关节采用正交球面叁自由度并联机构,肘关节和腕关节分别采用正交两自由度并联机构,叁个关节通过串联构成了3-2-2布局形式的拟人臂。该拟人臂兼顾了并联机构和串联机构的优点,操作范围大、承载能力强、动力学特性和运动灵活性好。建立了肩关节机构的位置反解模型,给出了考虑驱动副转角范围、连杆干涉等约束条件下的位置反解,利用叁维边界搜索法,绘制了肩关节机构的工作空间叁维图。定义了机构的工作空间评价指标,定量分析了结构参数对工作空间体积的影响。建立了肩关节机构的速度解析方程,定义了机构的运动学性能评价指标,绘制了运动学性能评价指标在空间的分布情况。建立了机构的动力学模型,并在此基础上分析了该机构的动力学特性。以全域灵巧度和全域驱动性能指标作为优化对象,建立机构的目标优化设计模型,采用遗传算法得到了机构的一组优化结构参数,考虑加工及装配工艺,设计并研制了一种拟人机器人肩关节。建立了肘关节机构的位置正反解模型,定义了工作空间的评价指标,基于带约束条件的运动学反解方程,定量分析了结构参数对工作空间体积的影响。建立了肘关节机构的速度和加速度解析方程,同时运用影响系数法得到其Jacobian矩阵和Hessian矩阵,定义了速度及加速度特性作为机构的运动特性评价指标,对该机构进行了运动特性评价及分析。建立了肘关节机构驱动力矩与系统运动参数之间的动力学关系模型。以全域灵巧度和全域驱动性能指标作为优化对象,采用遗传算法得到机构的一组优化结构参数,考虑加工及装配工艺,以正交5R并联机构为机构原型,设计并研制了一种拟人机器人肘关节。提出一种腕关节机构,建立了这种机构的位置关系方程,给出了腕关节机构的工作空间叁维图,定量分析了结构参数对工作空间体积的影响。建立了腕关节机构的速度和加速度解析方程及动力学模型,定义了腕关节机构的多项运动学、动力学性能评价指标,绘出并分析了对应性能评价指标在工作空间的分布图。以全域灵巧度和全域驱动性能指标作为优化对象,建立机构的目标优化设计模型,采用遗传算法得到机构的一组优化结构参数,考虑加工及装配工艺,设计并研制了一种拟人机器人腕关节样机。采用几何法求得了七自由度冗余拟人臂的位置正反解,推导了拟人臂的运动学方程,采用梯度投影法求得了冗余拟人臂的运动学逆解,并探讨了拟人臂末端与关节转角间的速度关系,采用叁次多项式插值法对拟人臂的末端轨迹进行了规划及仿真。
王丽变[5]2015年在《3-1-1-1布局6-PSS并联机器人性能工作空间分析》文中研究指明并联机器人的性能工作空间研究对设计与应用具有重要意义。3-1-1-1布局6-PSS并联机器人是一种新型机构,该机构由Stewart机构演变而来,适用于多自由度运动模拟器等领域。本文基于该并联机器人分析其性能工作空间,为设计与应用提供参考。本文研究的主要内容为3-1-1-1布局6-PSS并联机器人的性能工作空间。根据该并联机器人的结构布局特点,分析了位置正解和位置反解,求出了速度雅克比矩阵。考虑该并联机器人的主要约束,分析了工作空间,为了便于观察,绘制了工作空间叁维图及其对应的等高线。分析了机构尺寸参数对工作空间的影响,为选取参数提供依据。分析了运动学和静力学局部各向同性指标在工作空间内的分布状态,绘制了该指标的叁维分布图及对应的等高线,求出了力雅克比矩阵。分析了基于运动学和静力学各向同性指标的性能工作空间,绘制了相应的性能工作空间叁维图,得出了运动学和静力学各向同性指标的取值范围变化对工作空间的影响。定义了和分析了该并联机器人的运动学性能工作空间、静力学性能工作空间和运动学-静力学性能工作空间,利用Matlab软件绘制了相应的性能工作空间叁维图。应用Solidworks软件设计了该机器人的虚拟样机,并利用Adams软件进行仿真,得出相应的仿真曲线,说明该机构具有良好的运动性能。
魏志辉[6]2005年在《6-RSS正交并联机构的性能分析》文中研究说明并联机构是国际上研究的热点之一,近年来有关机器人的概念及其应用已经从作为科幻电影的素材发展到工业领域广泛应用的计算机控制的机电装置,它的出现引起了很多学科和技术的变革特别对于设计和控制领域的影响是难以估计的。 本文对一种6-RSS正交并联机构进行了性能分析,在已有研究成果的基础上,分析了一种有Stewart平台变异而成的6-RSS正交并联机构的结构特点。 论文首先研究了该并联机构的运动学综合传递性能评价指标和静力学综合传递性能评价指标,并给出了各性能指标在定姿态工作空间内的分布情况。其次在对机构运动学分析的基础上,利用机构的雅可比矩阵和运动学反解方程对机构的工作空间进行分析。利用解析法求出了该并联机构的可达工作空间。 本文通过以上的研究工作对该并联机构的进一步分析提供了理论基础。
高峰[7]2004年在《并联构型装备的设计理论及其应用技术研究》文中认为并联机器人采用了一种“知识密集”型并联机构,国际上公认并联机构的设计是较困难的热点问题。本文论述了国内外有关并联机器人研究的现状,讨论了并联机器人设计理论和创新方法以及在六维力传感器、六维鼠标、六自由度并联微操作机器人、五轴并联机床等方面的应用。本文对并联机器人研究有重要的理论与实际意义。
金振林, 赵现朝, 范文刚[8]2002年在《新型正交并联机器人静力学分析》文中认为并联机器人的静力分析对其驱动器的选择与控制有重要意义。定义了一种六自由度正交叁维平台并联机器人新机型的静力学传递性能评价指标,给出这些指标在定位姿工作空间内的分布情况,为该种六自由度正交并联机器人的进一步研究和实用化提供理论基础。
张典范[9]2010年在《染色体切割装备宏动平台动力学特性及其控制研究》文中进行了进一步梳理染色体显微切割技术是细胞遗传学与分子遗传学相结合的一项桥梁技术,但染色体切割装备的技术水平和应用范围制约了该项技术的推广。本文针对一种新型染色体切割装备的宏动平台进行了以下研究:根据宏微双重驱动机器人的设计思想,提出了6-(P-2P-S)宏动平台机构,该机构是具有正交位姿的六自由度并联机构,具有部分运动解耦、运动惯性小、装配工艺性好等优点。对这种宏动平台的位置与工作空间问题进行了分析,绘制了位置和姿态工作空间轮廓图,定量分析了各主要结构参数对工作空间大小的影响。分析了这种宏动平台的运动和几何误差等性能,定义了多项速度传递性能和几何误差传递性能评价指标,给出了这些评价指标在工作空间内的分布规律。建立了这种宏动平台的完整动力学模型,绘制了宏动平台操作动作对应不同姿态、速度、加速度下的驱动力曲线,分析了驱动力与构件结构参数之间的映射关系。分析了这种宏动平台的受迫振动和残余振动特性,定义了定位精度评价指标,研究了评价指标与不同激振力和频率比的映射关系,给出了残余振动最大振幅在姿态空间内的分布规律,并以定位精度为目标函数进行结构参数优化设计。提出了这种宏动平台面向控制应用动力学模型的分步简化方法,建立了动力学控制子系统,并基于简化动力学模型逆解计算,提出了能够精确消除动力学干扰的动力学前馈控制算法。基于Backstepping方法分别设计了标称模型控制器、鲁棒自适应补偿控制器和鲁棒自适应滑模分散控制器,并验证了这些方法的有效性。建立了宏动平台实验样机控制系统,进行了轨迹跟踪控制实验。本文的成果对染色体切割装备6-(P-2P-S)宏动平台实验样机设计及其控制系统研制具有重要的研究意义和实用价值。
张建政[10]2012年在《并联六维运动重载动态模拟器机构设计与性能研究》文中认为具有空间六维运动的大型重载动态模拟器的典型应用是作为地震模拟振动台,而地震模拟振动台系统是振动工程研究工作中的重要实验设备之一,它能够根据需要,以记录的天然地震波或人工设计的地震波为输入,进行地震再现,以发现结构模型在地震下的断裂机理和倒塌过程,以便制定抗震标准、找到抗震方法,减少地震灾害带来的损失。以往的地震模拟器多采用液压的冗余支链驱动,以提高系统的驱动能力和承载力,这种驱动方式也带来了设备庞大、使用环境受限、造价高、低频特性不好以及控制难度大等问题。本文在分析当前地震模拟振动台技术上存在不足的基础上,提出了一种基于多电机驱动的无冗余支链而具有机械协调的冗余容错六维地震模拟器,对冗余容错驱动、适合地震模拟的机构构型方法、数学模型建立及简化、控制方法以及实验等几个关键问题进行了研究。具体内容如下:(1)针对液压驱动导致设备体积庞大、造价高昂、低频特性不好以及冗余支链驱动易产生过约束等不足,提出一种适合重载装备的以电机为驱动源的冗余容错模块,建立该模块的运动学模型,得到全工况下12种工作状态,研究其传动特性并得到叁个设计准则,分析其可靠性,并进行实验验证其性能,发现该驱动模块具有理想的冗余容错特性,适合作为重载震动模拟器的驱动。(2)在总结地震运动工程特点的基础上,设计符合模拟地震运动的地震模拟振动台并联机构基本构型,其特点为:①具有空间六维运动以便模拟真实的地震运动,②无过约束的简单机构以便准确反映地震运动的叁要素,③具有强的承载力和驱动能力以便体现地震的破坏力。把冗余容错驱动模块应用于此基本构型,设计多种不同类型的多电机驱动地震模拟器,以适应地震模拟装备巨型化发展的趋势。(3)对地震模拟器机构拓扑参数与运动学性能关系进行研究。从机构的拓扑参数与运动学关系、拓扑参数如何影响机构的解耦和各项同性、解耦控制时拓扑参数如何影响输出位置误差等叁个方面揭示如何设置机构拓扑参数才能得到理想的运动特性,并论证了解耦控制的可行性。(4)对地震模拟器的机构结构参数和力学特性之间的关系进行研究。通过建立地震模拟器整体和各方向刚度模型,分析地震模拟模拟器机构和结构参数对刚度的影响。采用Newton-Euler方法对地震模拟器各部分进行了受力分析,建立动力学模型的开式方程,得到广义输出力解耦的机构结构参数所满足的条件。对地震模拟器进行了动力学仿真,发现该机构在低频下具有良好的动态特性。(5)针对并联机构的动力学模型具有多变量强耦合的非线性和不易实时控制的特点,在对动力学模型闭式形式进行计算复杂性分析的基础上,提出了根据机构正交特点进行动力学模型解耦简化的方法,并用简化的动力学模型和计算力矩法进行地震模拟器的控制仿真,仿真结果显示基于简化动力学模型的计算力矩控制不但精度能够满足要求而且计算效率得到提高,使基于动力学的控制成为可能。(6)开发了用于实验的地震模拟器平台,建立了符合此地震模拟器冗余容错多轴驱动的控制系统,结合使用特点开发了其软件系统。应用六维激光跟踪仪进行位置测试,加速度传感器进行加速度检测。在叁个平移方向上模拟了El Centro地震波,在叁个转动方向上模拟了固定频率的谐波运动,实验结果显示此地震模拟系统能够模拟真实地震波的空间六维运动并满足一定的精度要求,适合作为地震模拟装置。
参考文献：
[1]. 新型六自由度正交并联机器人设计理论与应用技术研究[D]. 金振林. 燕山大学. 2001
[2]. 并联机器人设计理论及其关键应用技术研究[J]. 高峰. 河北工业大学学报. 2004
[3]. 六自由度仿生机器马系统设计与建模控制研究[D]. 赵静波. 燕山大学. 2009
[4]. 仿人机器人肩肘腕关节及臂的设计[D]. 张亮. 燕山大学. 2016
[5]. 3-1-1-1布局6-PSS并联机器人性能工作空间分析[D]. 王丽变. 燕山大学. 2015
[6]. 6-RSS正交并联机构的性能分析[D]. 魏志辉. 燕山大学. 2005
[7]. 并联构型装备的设计理论及其应用技术研究[C]. 高峰. 全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集（二）. 2004
[8]. 新型正交并联机器人静力学分析[J]. 金振林, 赵现朝, 范文刚. 燕山大学学报. 2002
[9]. 染色体切割装备宏动平台动力学特性及其控制研究[D]. 张典范. 燕山大学. 2010
[10]. 并联六维运动重载动态模拟器机构设计与性能研究[D]. 张建政. 上海交通大学. 2012
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