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基于螺旋理论的串联机器人奇异性分析

机械工程师 2024年第6期 51-54页

作者：刘国军湖南理工学院机械学院湖南岳阳414006

串联机器人被广泛用作工业机器人、医疗机器人等。当处于奇异位姿时,串联机器人将变得自由度减少或不可控。文中利用螺旋理论,提出一种对串联机器人奇异性进行分析的方法。文中提出的奇异性分析方法,不需要求导运算,物理意义明确。

关键词：螺旋理论串联机器人奇异性分析

可重构3-RRR并联机器人的“点对点”路径规划

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南京航空航天大学学报 2024年第3期56卷 415-423页

作者：黄宁宁尤晶晶王澍声叶鹏达沈惠平李成刚南京林业大学机械电子工程学院南京210037 常州大学机械与轨道交通学院常州213016 南京航空航天大学机电学院南京210016

通过拓扑重构,可以提高并联机器人的静刚度、故障修复等性能,但机器人重构之后能否到达任意指定的位姿且不经过奇异位形,尚无定论。为此,以可重构3-转动副转动副转动副(3-revolute-joint,revolute-joint,revolute-joint,3-RRR)并联机器... 详细信息

通过拓扑重构,可以提高并联机器人的静刚度、故障修复等性能,但机器人重构之后能否到达任意指定的位姿且不经过奇异位形,尚无定论。为此,以可重构3-转动副转动副转动副(3-revolute-joint,revolute-joint,revolute-joint,3-RRR)并联机器人为研究对象,提出了一种能够实现“点对点”路径跟踪的规划算法。首先,建立了机构重构之前的反向运动学模型,据此确定了6组重构序列。接着,构建了一种“四步”规划算法,适用于任意自由度的可重构并联机器人的“点对点”路径跟踪,具有直观的几何解释,并且能够消除全部的奇异位形;通过算例验证了规划算法的有效性。然后,基于螺旋理论,计算出各组参量下的输入、输出和局部传递指标值,据此,确定了重构序列下的最优输入参量。最后,将“点对点”路径规划算法推广至连续路径规划的情形。

关键词：并联机器人拓扑重构路径规划螺旋理论奇异性

基于螺旋理论的5自由度锤铆机器人刚度特性分析

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机械传动 2022年第3期46卷 122-127,134页

作者：姜春英刘香辰叶长龙周欢关旭沈阳航空航天大学机电工程学院辽宁沈阳110136

为满足大型航空薄壁曲面工件的加工需求,设计了一种5自由度锤铆机器人。针对该机器人的特点,结合李群李代数及螺旋理论,建立并求解了其运动学模型;利用指数积公式推导出该机器人的雅可比矩阵,并使用刚度映射理论,求解出该机器人的刚度矩... 详细信息

为满足大型航空薄壁曲面工件的加工需求,设计了一种5自由度锤铆机器人。针对该机器人的特点,结合李群李代数及螺旋理论,建立并求解了其运动学模型;利用指数积公式推导出该机器人的雅可比矩阵,并使用刚度映射理论,求解出该机器人的刚度矩阵;运用有限元和Matlab仿真软件,对一般位姿与极限位姿下的末端变形量进行仿真验证,给出了该机器人在任务空间中随位姿变化的刚度分布图。仿真结果表明,与理论计算值相比较误差不超过10%,验证了所建立刚度模型的正确性和有效性,为后续工作路径优化提供了重要参考。

关键词：锤铆机器人螺旋理论指数积刚度特性

具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构运动学分析

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工程设计学报 2024年第1期31卷 20-30页

作者：畅博彦闫圣杰梁栋关鑫韩芳孝天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

为提高折展机构的折展率和支撑性能,提出了一种具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构并对其进行运动学分析。首先,提出了一种单闭环厚板支撑单元并将其应用于三明治结构,利用ANSYS Workbench软件分析不同形状夹芯层对三明治结构支撑刚度... 详细信息

为提高折展机构的折展率和支撑性能,提出了一种具有变泊松运动特性的剪叉式折展机构并对其进行运动学分析。首先,提出了一种单闭环厚板支撑单元并将其应用于三明治结构,利用ANSYS Workbench软件分析不同形状夹芯层对三明治结构支撑刚度的影响,发现采用厚板支撑单元的三明治结构具有更好的支撑效果和更小的质量,且可通过改变结构设计参数来实现正负泊松比的切换。然后,根据泊松比的定义,设计了一种具有变泊松运动特性的正n边形剪叉式折展机构;基于螺旋理论,通过绘制闭环折展机构的旋量约束拓扑图分析得到其自由度为1,将折展机构分为3种模块并阐述了模块化纵向扩展的原理和过程。最后,建立了m层正n边形剪叉式折展机构的运动学模型并搭建了正四边形剪叉式折展支撑结构实物样机,进一步验证了机构的变泊松运动特性,这可为后续的研究提供理论基础。

关键词：三明治结构剪叉式折展机构螺旋理论运动学分析

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基于螺旋理论的大型矿用电铲构型综合研究

机电工程 2022年第7期39卷 989-995页

作者：郭辰昊吴娟丰崟楠太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程实验室山西太原030024

在大型矿用电铲的结构创新设计方面目前还没有较为系统的方法,同时在矿用电铲的构型综合方面也未见相关报道,针对这一问题,采用基于螺旋理论的约束综合法,对大型矿用电铲构型综合问题进行了研究。首先,根据螺旋理论对电铲推压和提升机... 详细信息

在大型矿用电铲的结构创新设计方面目前还没有较为系统的方法,同时在矿用电铲的构型综合方面也未见相关报道,针对这一问题,采用基于螺旋理论的约束综合法,对大型矿用电铲构型综合问题进行了研究。首先,根据螺旋理论对电铲推压和提升机构模型进行了自由度分析和计算,求出了电铲构型综合期望的运动;其次,采用基于螺旋理论的约束综合法,运用2种构型方案对矿用电铲进行了构型综合,通过优化筛选了支链结构,获得了100种三支链的电铲构型I和14种两支链的电铲构型Ⅱ;最后,通过SolidWorks软件建立了电铲三维模型,运用ADAMS软件对电铲的简化模型及综合出的一种新构型进行了挖掘轨迹仿真分析。研究结果表明:电铲新构型的运动仿真轨迹和理论挖掘轨迹基本吻合,证实了该构型方法的可行性,为多样化矿用电铲的结构创新设计提供了更多可选构型。

关键词：矿用电铲电动机械式挖掘机螺旋理论构型综合挖掘轨迹仿真运动螺旋约束螺旋

基于螺旋理论的并联机构雅可比矩阵新型求解方法的研究

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基于螺旋理论的并联机构雅可比矩阵新型求解方法的研究

作者：杨选定北京交通大学

学位级别：硕士

并联机构相对串联机构来说发展较晚,主要的原因在于其结构为闭环结构,使得并联机构的分析要比串联机构复杂很多。螺旋理论作为分析机构的一种方法,其在求解并联机构的雅可比矩阵上比起传统的求导法有着明显的优点,但是未有一种统一的螺... 详细信息

并联机构相对串联机构来说发展较晚,主要的原因在于其结构为闭环结构,使得并联机构的分析要比串联机构复杂很多。螺旋理论作为分析机构的一种方法,其在求解并联机构的雅可比矩阵上比起传统的求导法有着明显的优点,但是未有一种统一的螺旋理论求解并联机构的雅可比矩阵的方法,再者求导法和螺旋理论法作为两种不同的方法,在求解并联机构的雅可比矩阵上存有着异同点,却少有对比研究分析,最后采用现有的螺旋理论法求解支链含闭环的并联机构会出现问题,基于上述背景,本文展开下述的相关研究。本文首先介绍了螺旋理论的相关基础知识,把螺旋视为一种特殊的向量,采用向量空间的思想去理解和解释螺旋的相关运算,介绍了现有的基于螺旋理论的以及基于求导的求解并联机构雅可比矩阵的方法,并以2-UPS/2-PRS空间并联机构为例分别给出了基于求导的全微分法和基于螺旋理论的方法求解出的机构雅可比矩阵,通过这两种方法求解出的雅可比矩阵对机构进行运动学反解,将其同采用Adams软件仿真的方法得到的运动反解进行对比分析。分析了现有的的螺旋理论法在表示运动副的螺旋时与传统螺旋表示方法之间的不同,给出了在求解雅可比矩阵过程中关于固结驱动产生新约束螺旋这个过程的分析,以及采用螺旋理论分析支链含有闭环的并联机构时存在的问题,在此基础上提出了基于螺旋理论的求解并联机构的雅可比矩阵的新方法,并给出了该方法求解雅可比矩阵详细过程,同时给出了螺旋理论法处理含闭环支链的方案。最后,基于提出的求解并联机构的雅可比矩阵的新方法分别对三种不同的并联机构雅可比矩阵进行求解,包括了平面3RRR并联机构、支链含有闭环的平面结构冗余(2PRR)R/2-RRR并联机构以及空间四自由度的2-UPS/2-PRS并联机构,并以求解的雅可比矩阵进行运动学反解,将运动学反解的结果同求导法和Adams仿真进行三者相互验证。

关键词：螺旋理论向量空间含闭环的支链雅可比矩阵运动学逆解

基于螺旋理论三自由度并联机器人型综合新方法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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东北大学学报（自然科学版） 2005年第10期26卷 994-997页

作者：罗继曼蔡光起杨斌久赵亮东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节,基于螺旋理论,从并联机构运动链分类的角度,提出用约束添加法对三自由度并联机构进行型综合,让主动链控制所需的自由度,而从动链约束不需要的自由度;提出了相应主动链和从动链... 详细信息

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节,基于螺旋理论,从并联机构运动链分类的角度,提出用约束添加法对三自由度并联机构进行型综合,让主动链控制所需的自由度,而从动链约束不需要的自由度;提出了相应主动链和从动链各种类型,并对约束链作了较详细的分类,通过不同组合可得到不同性能的新构型.最后通过实例进一步阐明这一方法.该方法使型综合步骤更简洁,只要选择与自由度数相同个数的主动链,并合理选择约束链就可以组合出新的并联机器人.

关键词：三自由度并联机器人螺旋理论型综合约束链

基于螺旋理论的钢带并联机器人力学特性数值分析

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浙江大学学报（工学版） 2011年第9期45卷 1650-1656页

作者：艾青林黄伟锋祖顺江浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室浙江杭州310014

为了克服传统的并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢... 详细信息

为了克服传统的并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢带进行了有限元分析,得到结构参数改变时钢带能承受的失稳力.基于螺旋理论建立了钢带并联机器人力学模型,对刚带并联机器人受力进行数值计算,得到钢带并联机器人不同位姿与结构对各钢带受力的影响规律,为优化钢带并联机器人的结构与运动参数提供理论依据.研究结果表明：弯曲截面结构的钢带承压能力较好,钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大,随钢带长度增大而减少.其他结构参数一定,载荷力为400 N时,动平台外接圆半径为210 mm,动平台沿Z轴运动范围受卷筒装置中钢带长度的限制,沿Y轴运动范围为-745~680 mm,沿X轴运动范围为-675~675 mm,动平台绕Z轴旋转角度范围为-87°~87°,绕Y轴旋转角度范围为-77°~77°,绕X轴旋转角度范围为-90°~66°.

关键词：螺旋理论钢带并联机器人力学特性数值分析失稳力

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应用螺旋理论对并联机器人形位的分析与综合

机器人 2005年第6期27卷 539-544页

作者：朱大昌方跃法北京交通大学机电工程学院北京100044

采用螺旋理论对并联机器人的约束与运动问题进行了分析和总结.在各种约束存在条件下,分析了刚体平台相应的运动轨迹形式,为今后对多刚体的形位分析提供了可行的理论依据.

关键词：并联机器人形位螺旋理论反螺旋