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含约束支链的冗余驱动并联机构动力学性能优化

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农业机械学报 2021年第5期52卷 378-385,403页

作者：刘晓飞唐艳华刘鑫李祺赵永生燕山大学并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004 天津航天机电设备研究所天津市宇航智能装备技术企业重点实验室天津300301

全驱动并联机构可以通过增加约束支链或关节实现机构驱动冗余。为了研究约束支链与关节对冗余驱动并联机构动力学性能的优化问题,分析对比了冗余驱动并联机构6PUS+UPU与非冗余驱动并联机构6PUS机构的动力学特性,研究了约束支链对冗余驱... 详细信息

全驱动并联机构可以通过增加约束支链或关节实现机构驱动冗余。为了研究约束支链与关节对冗余驱动并联机构动力学性能的优化问题,分析对比了冗余驱动并联机构6PUS+UPU与非冗余驱动并联机构6PUS机构的动力学特性,研究了约束支链对冗余驱动并联机构动力学性能的优化机理。基于虚功原理建立了6PUS机构和6PUS+UPU机构的动力学模型,提出具有明确物理意义的冗余驱动并联机构动力学性能指标,分析了约束分支对机构动力学性能的影响,并结合数值算例对两种机构动力学性能进行了对比分析。结果显示,支链约束提高了机构动力学性能,而支链质量会降低机构动力学性能。

关键词：并联机构驱动冗余约束支链动力学性能

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平面2自由度驱动冗余并联机器人的性能分析

机械工程学报 2006年第7期42卷 181-185页

作者：张立杰刘颖黄真燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,对该机器人机构尺寸进行量纲一化,给出反映机构几何参数变化范围的空间模型,建立机构的运动学方程,得到位置反解和速度雅可比矩阵。定义并计算机器人的全域性能指标,探讨机器人的雅可比... 详细信息

以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,对该机器人机构尺寸进行量纲一化,给出反映机构几何参数变化范围的空间模型,建立机构的运动学方程,得到位置反解和速度雅可比矩阵。定义并计算机器人的全域性能指标,探讨机器人的雅可比矩阵条件数、承载能力及刚度等全域性能指标与机构杆件尺寸之间的关系,并在空间模型内绘制相应的性能图谱;根据性能图谱,总结三种性能指标在空间模型内的分布规律,分别给出每种性能指标值较好的机构尺寸范围;最后对三种性能指标较好的尺寸范围进行了综合,得到同时考虑三种性能指标优化的最佳尺寸范围。这些图谱使机器人依据运动学性能指标进行优化设计成为可能,图谱分析为实现并联机器人机构设计的计算机辅助设计提供了一种简单、有效途径。

关键词：并联机器人驱动冗余全条件性指标承载能力指标刚度指标

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冗余并联机床驱动力优化解析

清华大学学报（自然科学版） 2007年第8期47卷 1325-1329页

作者：邵华关立文王立平吴军清华大学精密仪器与机械学系北京100084

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理... 详细信息

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。

关键词：驱动冗余并联机构驱动力优化动力学分析

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驱动冗余并联机器人的同步控制

驱动冗余并联机器人的同步控制

作者：乔永强西安电子科技大学

学位级别：硕士

并联机构具有高刚性、高精度、高速和大承载力等优点,然而奇异性对并联机构的精度、刚度以及运动性能有着重要的影响。由于冗余驱动可以避免并联机构的奇异性,从而改善了并联机器人的性能,近几年得到了很多研究者的关注,但限于结构和驱... 详细信息

并联机构具有高刚性、高精度、高速和大承载力等优点,然而奇异性对并联机构的精度、刚度以及运动性能有着重要的影响。由于冗余驱动可以避免并联机构的奇异性,从而改善了并联机器人的性能,近几年得到了很多研究者的关注,但限于结构和驱动方式的复杂性,给机构的控制带来了难度,因此对驱动冗余机构的控制展开研究具有重要的理论和实际意义。本文以平面2自由度驱动冗余并联机器人机构为研究对象,进行动力学和控制方法的研究,为该类机构的控制研究提供理论依据。结合拉格朗日方程和拉格朗日-达朗伯方程对平面二自由度驱动冗余并联机器人机构进行了动力学分析,建立了该机器人的动力学数学模型。讨论了三种典型的控制方法:PD控制、前馈PD控制和计算力矩控制,分别给出了控制律和控制框图。将前馈PD控制和计算力矩控制应用于平面二自由度驱动冗余并联机器人,并在该并联机构动力学模型的基础上进行了数值仿真。根据冗余并联机构工作空间较小和各关节存在耦合性的特点,提出一种易于工程实现的同步控制策略。基于Lyapunov稳定性理论分析证明所提出控制算法的稳定性。通过数值仿真和试验对同步控制和前馈PD控制进行对比研究,仿真和试验结果验证了同步控制方法的有效性。

关键词：驱动冗余并联机器人同步控制动力学模型控制策略

平面2自由度驱动冗余并联机器人的输出速度分析

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机械设计 2006年第2期23卷 19-21页

作者：张立杰刘颖黄真燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

机器人的性能分析是机器人机构设计的前提和基础。以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,根据该并联机器人机构的空间模型和运动学反解,探讨了该并联机器人机构的末端输出速度性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性... 详细信息

机器人的性能分析是机器人机构设计的前提和基础。以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,根据该并联机器人机构的空间模型和运动学反解,探讨了该并联机器人机构的末端输出速度性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性能图谱,这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。

关键词：并联机器人驱动冗余速度分析性能图谱

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一种驱动冗余并联机床的铰链间隙误差分析

机床与液压 2006年第6期34卷 7-9页

作者：梁辉白志富陈五一北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083

基于并联机构运动学及概率论,对一种3-DOF驱动冗余并联机床进行了铰链间隙误差分析,分析了球铰间隙对动平台中心点位姿的影响。得到了动平台中心误差分布函数。为驱动冗余并联机构误差分析提供了理论基础,同时为提高并联机床精度提供了... 详细信息

基于并联机构运动学及概率论,对一种3-DOF驱动冗余并联机床进行了铰链间隙误差分析,分析了球铰间隙对动平台中心点位姿的影响。得到了动平台中心误差分布函数。为驱动冗余并联机构误差分析提供了理论基础,同时为提高并联机床精度提供了理论方法。

关键词：驱动冗余间隙误差分布精度

三自由度平面驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究

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机床与液压 2015年第3期43卷 34-37,28页

作者：王冰周志权聂旭萌北华航天工业学院机械工程系河北廊坊065000 烟台龙源电力技术股份有限公司山东烟台264006

以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并... 详细信息

以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并绘制了刚度性能图谱。这些图谱将有助于该机器人机构的优化设计。

关键词：并联机器人驱动冗余空间模型性能图谱刚度

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平面2自由度驱动冗余并联机构运动控制研究

平面2自由度驱动冗余并联机构运动控制研究

作者：杨涛中国石油大学

学位级别：硕士

随着人类生产活动的自动化、智能化的深入,生产设备的运动控制问题成为自动控制中亟需解决的课题。本文对平面运动机械机构——平面2自由度驱动冗余并联机器人进行了运动控制研究。并联机构的冗余问题已有较多学者进行了研究,取得了一... 详细信息

随着人类生产活动的自动化、智能化的深入,生产设备的运动控制问题成为自动控制中亟需解决的课题。本文对平面运动机械机构——平面2自由度驱动冗余并联机器人进行了运动控制研究。并联机构的冗余问题已有较多学者进行了研究,取得了一些成果,但还没有形成系统理论,还有许多问题尚待解决,尤其在并联机构动力学运动控制方面。本文将在这些方面进行一些有益的探索工作。首先,分析了平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构学性能;通过分析并联机构的几何结构关系和约束性质,建立了并联机器人的运动学方程,得到驱动关节角和末端执行器间的运动学传递关系。其次,以串联运动链机构和树形结构模型为基础,由达朗伯——拉格朗日方程和冗余并联机构驱动力伪逆优化分配方法,给出了平面2自由度驱动冗余并联机器人的动力学方程,并且进行了系统参数辨识。最后,研究了并联机器人的坐标系运动控制、运动学反馈控制和动力学控制。对平面2自由度驱动冗余并联机器人系统进行了关节空间PD控制算法、工作空间PD控制算法和计算力矩控制算法以及鲁棒控制算法的仿真研究。

关键词：并联机构驱动冗余动力学方程计算力矩控制鲁棒控制

一种平面驱动冗余机器人的优化设计及动力学研究

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一种平面驱动冗余机器人的优化设计及动力学研究

作者：刘颖燕山大学

学位级别：硕士

由于冗余驱动可以改善并联机器人的性能,近几年得到了很多研究者的关注,但限于结构和驱动方式的复杂性,给机构分析和设计带来了难度,国内外在这个领域取得的研究成果并不多,因此对冗余驱动机构展开研究具有重要的理论和实际意义。 ... 详细信息

由于冗余驱动可以改善并联机器人的性能,近几年得到了很多研究者的关注,但限于结构和驱动方式的复杂性,给机构分析和设计带来了难度,国内外在这个领域取得的研究成果并不多,因此对冗余驱动机构展开研究具有重要的理论和实际意义。本文以平面二自由度驱动冗余并联机器人机构为研究对象,进行机构优化设计、动力学分析及控制方法的研究,为该类机器人机构的设计及控制研究,提供理论依据。首先利用空间模型理论研究了平面二自由度驱动冗余并联机器人的机构尺寸与性能之间的关系,在空间模型内绘制了机器人的可达工作空间、灵巧度、承载能力、速度和刚度性能图谱,详细分析了全域性能指标值在空间模型内的分布规律。根据可达工作空间和全域性能图谱,研究了该并联机器人机构设计的基本原则,进行了尺寸参数优化,给出了机构的设计范例,并在此基础上,对机构的初始装配构型进行了优化,为设计者能够充分利用运动学性能设计机器人机构提供参考。结合拉格朗日方程和拉格朗日—达朗伯方程对平面二自由度驱动冗余并联机器人机构进行了动力学分析,建立了该机器人的动力学数学模型。利用MATLAB软件的Simulink模块,对平面二自由度驱动冗余并联机器人进行了建模,规划了一组典型运动,通过仿真得到了驱动关节的运动状态,并且根据该并联机器人的动力学数学模型,通过编程运算,得到了驱动关节的力矩变化曲线。讨论了两种典型的控制方法—PD控制和计算力矩控制,将其应用于平面二自由度驱动冗余并联机器人,并绘制出了这两种算法的控制框图。

关键词：驱动冗余并联机器人性能图谱优化设计动力学控制方法