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基于共形几何代数的机构综合关键问题研究

基于共形几何代数的机构综合关键问题研究

作者：沈铖玮上海工程技术大学

学位级别：硕士

机构综合是机器人机构学研究中的重要课题,包括构型综合与运动综合,其关键都在于对机构的拓扑特征与尺度特征进行合理的描述,并能以此得出机构的运动输出特征,从而建立机构性能与结构类型、尺寸参数之间的映射关系。寻找合适的数学工具... 详细信息

机构综合是机器人机构学研究中的重要课题,包括构型综合与运动综合,其关键都在于对机构的拓扑特征与尺度特征进行合理的描述,并能以此得出机构的运动输出特征,从而建立机构性能与结构类型、尺寸参数之间的映射关系。寻找合适的数学工具为机构的结构学和运动学提供统一的建模与分析方法是解决上述问题的关键。共形几何代数(CGA)为机器人机构学提供了一个简洁、直观的几何表示与计算框架。本文将其作为主要的数学工具,分别针对构型综合中的方位特征推导与运动综合中的几何轨迹复现和自运动生成问题进行探究,所做工作如下:(1)基于五维共形空间G,由平面相交导出直线的六维描述形式,并将其作为轴线方位特征和构件运动特征的独立基向量。通过不依赖于机构位置的动坐标系描述机构的方位,以外积运算定义串联运动链的并,以混序积运算定义并联运动链的交,从而建立机器人机构方位特征的共形几何代数描述方法。(2)在所提出的方位特征的CGA方法基础上,概述了并联机构方位特征的机械化推导流程。以3-RRCR、3-RPS和4-5R并联机构为例,详细阐述了各机构的轴线方位特征、支链末端运动特征以及动平台运动特征的表示与推导,论述了所提出方法的合理性与有效性,适用于一般机构的自动化分析。(3)以Peaucellier-Lipkin型八杆机构为研究对象,基于共形几何代数对几何体的描述建立机构的运动学模型,不同于传统的消元求解,采用几何操作直接得出输出点的位置,验证了该机构的轨迹为一条直线。基于所建立的CGA模型,进一步推导得出了机构生成圆弧轨迹所满足的构件尺度条件。(4)基于可生成平面和锥面的两种RPS运动链,根据曲面相交原理,构造出了一种圆锥曲线生出机构,通过可调节的R副改变平面与锥面之间的方位,以改变输出轨迹的类型。基于共形几何代数对几何约束关系的描述,确定了机构末端输出点的解析表示,分析了其可生成的不同轨迹,并提出了两种等效机构。(5)根据自运动机构的运动特征,基于曲面相交原理,建立了一类Stewart并联平台和Griffis-Duffy平台的CGA模型。引入同源机构理论,分析了双3-SS型自运动机构的尺度约束关系并实现其尺度综合,进一步提出了该类机构所满足的“比例”尺度特征并应用于该类自运动机构的构造。

关键词：共形几何代数机构综合方位特征几何轨迹自运动机构

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机构自由度公式的统一形式及其物理内涵

常州大学学报（自然科学版） 2013年第4期25卷 1-8页

作者：杨廷力沈惠平刘安心常州大学机械工程学院江苏常州213016 中国石化金陵石化公司江苏南京210000 解放军理工大学野战工程学院江苏南京210007

由于并联机器人机构的发展,最近十多年,提出了6种新的主要的机构自由度(DOF)公式。在简述这6种公式的结构与特点的基础上给出了这些公式的统一形式及其物理意义,以及DOF公式取得进展的原因;对基于约束螺旋系的统一形式的DOF公式,提出了... 详细信息

由于并联机器人机构的发展,最近十多年,提出了6种新的主要的机构自由度(DOF)公式。在简述这6种公式的结构与特点的基础上给出了这些公式的统一形式及其物理意义,以及DOF公式取得进展的原因;对基于约束螺旋系的统一形式的DOF公式,提出了DOF计算方法的改进建议,并给出两个实例;而基于运动分析的统一形式的DOF公式,只适用于不含非独立运动元素的机构,仅是具有一般性的基于方位特征集的DOF公式的特例。

关键词：并联机构拓扑结构自由度方位特征约束分析运动分析

一种新型3T1R并联机构的设计及其运动学分析

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常州大学学报（自然科学版） 2017年第5期29卷 57-67页

作者：张震沈惠平尹洪贺许可李家宇杨廷力常州大学现代机构学研究中心江苏常州213016

基于方位特征(POC)的并联机构设计理论,提出了一种新的SCARA型并联机构,分析计算出该机构的耦合度k=1。根据基于序单开链法的机构运动学建模原理,分别给出该机构位置正反解的求解算法,并通过数值算例验证了其正确性。基于导出的机构的... 详细信息

基于方位特征(POC)的并联机构设计理论,提出了一种新的SCARA型并联机构,分析计算出该机构的耦合度k=1。根据基于序单开链法的机构运动学建模原理,分别给出该机构位置正反解的求解算法,并通过数值算例验证了其正确性。基于导出的机构的位置反解,分析了该并联机构的工作空间,分析结果表明:该机构具有全对称性,工作空间大的特点。研究结果为该机构的样机设计及应用奠定了理论基础。

关键词：并联机构方位特征耦合度运动学分析位置正反解

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基于特征的箱体零件CAPP系统的研究

组合机床与自动化加工技术 2006年第6期 94-96页

作者：于靖华大连大学机械工程学院辽宁大连116622

文章对基于特征的箱体零件CAPP系统进行了研究,论述了系统的设计思想和软件实现方法。在介绍系统总体结构基础上,就系统所涉及的关键技术做了分析和说明。系统采用方位特征表示法描述和提取零件的形状特征,并采用自动特征识别技术获取... 详细信息

文章对基于特征的箱体零件CAPP系统进行了研究,论述了系统的设计思想和软件实现方法。在介绍系统总体结构基础上,就系统所涉及的关键技术做了分析和说明。系统采用方位特征表示法描述和提取零件的形状特征,并采用自动特征识别技术获取零件的加工特征,在工艺数据库的支持下,将工艺设计中决策方法和决策过程建立为计算机可以处理的决策模型,自动生成零件的工艺规程。通过应用实例,介绍了系统工作过程和主要功能。

关键词：箱体零件方位特征决策模型 CAPP

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多特征加权的纹理图像FCM分割算法

现代科学仪器 2011年第1期28卷 23-27页

作者：鲜燚刘海华廖秋萍中南民族大学生物医学工程学院武汉430074

为了实现自然纹理的分割,根据自然纹理的不规则性和随机性强的特点,提出了一种由纹理的GMRF模型提取纹理的统计特性和样本方位特性的多特征融合的纹理图像分割算法。考虑到不同特征值对分类的不同影响,采取样本加权的模糊c均值分割算法... 详细信息

为了实现自然纹理的分割,根据自然纹理的不规则性和随机性强的特点,提出了一种由纹理的GMRF模型提取纹理的统计特性和样本方位特性的多特征融合的纹理图像分割算法。考虑到不同特征值对分类的不同影响,采取样本加权的模糊c均值分割算法控制各特征在聚类约束力上的可控制性。通过人工合成图像和自然纹理的分割实验证明,该方法具有较强的抗噪声能力,并且对于结构相似的粗纹理进行分割能有效地克服小岛区域和保持区域一致性。

关键词： GMRF模型方位特征样本加权纹理图像分割

2-CRR/PSS并联机器人机构的运动学分析

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机械研究与应用 2011年第6期24卷 3-4,7页

作者：常兴房立丰洪啸虎黄镍解放军理工大学工程兵工程学院江苏南京210007

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,... 详细信息

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,机构的运动学模型为该机构作进一步的运动学动力学分析及优化设计研究打下基础,并为系统控制提供理论依据。

关键词：并联机构方位特征运动学