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农业机械学报 2024年第7期55卷 427-438页

作者：胡旭宇刘宏昭刘伟许宝卉王朋朋运城学院机电工程系西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安工程大学机电工程学院

现有大部分2R并联机构靠近定平台的第1个转轴方向矢量不变，靠近动平台的第2个转轴方向矢量只随着第1个转轴而变化，第2转轴相对于动平台不变。本文利用有限旋量理论，在具有变/定转轴分岔1Rv(Rv表示变转轴转动)并联机构基础上，提出一... 详细信息

现有大部分2R并联机构靠近定平台的第1个转轴方向矢量不变，靠近动平台的第2个转轴方向矢量只随着第1个转轴而变化，第2转轴相对于动平台不变。本文利用有限旋量理论，在具有变/定转轴分岔1Rv(Rv表示变转轴转动)并联机构基础上，提出一类具有变/定轴线的2Rv并联机构。分析了机构装配条件和驱动配置。此种分岔2Rv并联机构包含4种运动模式，即定-定转轴运动模式、定-变转轴运动模式、变-定转轴运动模式和变-变转轴运动模式。将传统的2条定转轴2R并联机构拓展为具有变/定转轴(变转轴和定转轴)的分岔2Rv广义并联机构。

关键词：变/定转动轴线 2Rv 广义并联机构构型综合分岔运动

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具有变/定转轴的一类新型分岔2Rv广义并联机构构型综合

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农业机械学报 2024年

作者：胡旭宇刘宏昭刘伟许宝卉王朋朋西安工程大学机电工程学院运城学院机电工程系西安理工大学机械与精密仪器工程学院

现有大部分2R并联机构靠近定平台的第1个转轴方向矢量是不变的，靠近动平台的第2个转轴方向矢量只随着第1个转轴而变化，第2转轴相对于动平台是不变的。本文利用有限旋量理论，在具有变/定转轴分岔1Rv（Rv表示变转轴转动）并联机构的基... 详细信息

现有大部分2R并联机构靠近定平台的第1个转轴方向矢量是不变的，靠近动平台的第2个转轴方向矢量只随着第1个转轴而变化，第2转轴相对于动平台是不变的。本文利用有限旋量理论，在具有变/定转轴分岔1Rv（Rv表示变转轴转动）并联机构的基础上，提出一类新型的具有变/定轴线的2Rv并联机构。分析了机构装配条件和驱动配置。此种新型分岔2Rv并联机构包含4种运动模式，即定-定转轴运动模式、定-变转轴运动模式、变-定转轴运动模式和变-变转轴运动模式。将传统的两条定转轴2R并联机构拓展到具有变/定转轴（变转轴和定转轴）的分岔2Rv广义并联机构。

关键词：变/定转动轴线 2Rv 广义并联机构型综合分岔运动

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广义并联机构低耦合可重构机理与模态空间解耦控制研究

广义并联机构低耦合可重构机理与模态空间解耦控制研究

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作者：彭磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

与串联机构相比,并联机构的承载力高、运动精度高、机构刚度大、误差均化。在隔震、精密指向、运动模拟等诸多领域内并联机构都取得了广泛的应用。对并联机构的解耦研究至关重要。解耦研究可从结构解耦设计及控制策略研究两方面进行入手... 详细信息

与串联机构相比,并联机构的承载力高、运动精度高、机构刚度大、误差均化。在隔震、精密指向、运动模拟等诸多领域内并联机构都取得了广泛的应用。对并联机构的解耦研究至关重要。解耦研究可从结构解耦设计及控制策略研究两方面进行入手,本文研究机构构型由复合单叶双曲面描述的广义并联机构,对广义并联机构从解耦设计、结构优化、控制策略到实验验证等方面进行了研究。对广义并联机构构型分类、解耦定义及方法进行论述,基于解耦条件,给出广义并联机构复合解耦算法,该算法能求解广义并联机构沿Z轴平动及转动时构型调整方式,即下铰点调整轨迹,此时机构将保持解耦。据此提出机构可重构机理及全域低耦合思想,为设计全域低耦合广义并联机构提供依据。针对所提出全域低耦合广义并联机构进行结构优化设计,优化指标选择雅可比条件数,基于粒子群算法对全域低耦合广义并联机构进行了结构优化,所得到的机构构型在所限定的情况下条件数最小。进一步对广义并联机构进行全域耦合数值评价,论证可重构机理在设计全域低耦合广义并联机构的有效性。从控制策略上对广义并联机构的解耦控制进行研究。首先对广义并联机构进行模态分析,求解出其模态参数。通过仿真分析,探究机构构型、工作空间及模态控制对机构解耦的共同影响,分析模态控制改善机构解耦的程度。搭建了实验样机,在实验样机上进行了广义并联机构低耦合实验验证,实验分析广义并联机构在不同位置的时域和频域特性,以及比较重构和非重构情况对各自由度价交叉耦合的影响。通过实验验证了重构算法的有效性,证明了基于复合解耦算法的广义并联机构的全域低耦合性能。

关键词：广义并联机构复合单叶双曲面复合解耦算法全域低耦合模态控制

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广义并联机构可重构机理与耦合特性分析

广义并联机构可重构机理与耦合特性分析

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作者：董利伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

六自由度并联机构以其刚度大、精度高、承载能力强等特点,在众多领域被广泛应用。高刚度对于并联机构性能具有重要影响,然后各自由度刚度耦合的存在限制了并联机构运动精度的提高,因此刚度解耦已经被学者们广泛关注。从并联机构刚度矩... 详细信息

六自由度并联机构以其刚度大、精度高、承载能力强等特点,在众多领域被广泛应用。高刚度对于并联机构性能具有重要影响,然后各自由度刚度耦合的存在限制了并联机构运动精度的提高,因此刚度解耦已经被学者们广泛关注。从并联机构刚度矩阵或雅克比矩阵可知,解耦矩阵是相对一点建立的,称为解耦中心,当机构执行末端远离该解耦中心,机构耦合增大,给高精度控制带来挑战。因此对于高精度、低耦合的应用,设计具有刚度解耦性能的并联机构具有重要意义。并联机构的解耦中心若能适应执行末端运动,将能够保证并联机构全域具有较好的低耦合特性。针对从结构角度降低并联机构的各自由度刚度耦合,本文的研究内容主要包括以下几个方面:将基于复合单叶双曲面构造广义并联机构实现点解耦(中位解耦)的研究推广到基于复合单叶双曲面重构匹配实现沿Z轴线解耦或旋转解耦。首先定义了可重构广义并联机构,提出了基于复合单叶双曲面的互相匹配实现对广义并联机构进行解耦重构的思想。给出了动平台分别沿Z轴平动、绕Z轴转动时通过支腿铰点调整实现广义并联机构解耦重构的解析算法。通过数值算例和仿真,验证了解耦重构算法,并得到了并联机构下铰点运动轨迹。定性地分析了构造参数对铰点运动轨迹以及铰点驱动控制中的影响。给出了基于复合单叶双曲面参数对广义并联机构雅可比矩阵条件数的解析表达形式;定义了自由度加权综合评价指标、耦合度评价指标以及等耦合线的概念,对中位正交(解耦)和正交(解耦)重构并联机构的各个自由度之间的耦合及全域耦合度进行了对比分析与评价;通过对水平截面内等耦合度线的分析,说明了解耦重构机制对于扩大广义并联机构低耦合运动范围的作用;通过静力学仿真,展现了解耦设计对于降低并联机构自由度耦合的作用,证明了可重构广义并联机构具有全域低耦合的特点。

关键词：广义并联机构复合单叶双曲面刚度耦合重构铰点运动轨迹

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基于可控五杆机构的并联操作机器人的设计与研究

基于可控五杆机构的并联操作机器人的设计与研究

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作者：吴慕坤北京交通大学

学位级别：硕士

工业机器人由于其高效的工作能力,在需要大量重复性的工作环境中几乎已经替代了人工作业,广泛地应用于制造装配、物流分拣、航空航天等领域,具有极大的应用价值。然而随着工业的不断发展,抓取、装配、分拣任务的复杂程度进一步提高,传... 详细信息

工业机器人由于其高效的工作能力,在需要大量重复性的工作环境中几乎已经替代了人工作业,广泛地应用于制造装配、物流分拣、航空航天等领域,具有极大的应用价值。然而随着工业的不断发展,抓取、装配、分拣任务的复杂程度进一步提高,传统工业机器人的简单重复性运动已经不能够满足这些工业应用,因此设计能够有效实现复杂任务工作的工业机器人成为了一个重要的研究方向。基于以上研究背景,本文提出了一种由可控五杆机构和组态式动平台组成的广义并联操作机器人,其动平台具有独立自由度,可以完成指向性工作;其中运动控制由基座部分驱动产生。进一步对该操作机器人进行设计与分析,验证其是否具有良好的运动性能和较高的负载能力。本文首先设计了一类能够适应多任务目标需求的并联操作机器人。综合考虑并联操作机器人应用面、实际控制难度以及本身结构特性选择了其中较优的设计方案;接着,建立其运动学数学模型,提出了一种对具有耦合特性的五杆支链的运动学求解思路,并进行了运动学结果数值验证。基于以上工作得到了机器人工作空间,将所研究的两种机构工作空间进行了对比分析优选,并研究了其结构参数对工作空间的影响,为后续尺寸优化提供参考。进一步的,建立了适于并联操作机器人的性能评价体系,包括速度关系、静刚度、奇异性、灵巧度和运动/力传递性情况。接着对得到的结果进行分析,验证所设计的并联操作机器人的优异运动性能。基于上述运动性能以及工作空间性能对并联操作机器人进行整体结构尺寸的多目标优化,最终得到了一组并联操作机器人的最优结构参数,为后续搭建样机提供了理论支撑。基于以上工作,建立了并联操作机器人的三维模型和动力学仿真模型,并完成了动力学性能仿真分析,得到了不同运行速度下的关节力矩,进一步说明了该方案承载性能优异。接着设计了并联操作机器人运动控制算法,并完成了控制系统的搭建。最后设计并成功完成了抓取实验和运动实验,验证了该并联操作机器人的设计合理性以及能够完成复杂抓取任务的能力。本文的研究对工业机器人的多样化的发展有着一定的积极意义。

关键词：广义并联机构五杆支链运动性能尺寸优化运动控制

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