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3-upu冗余驱动并联机构的冗余支链优选及仿真

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机床与液压 2017年第18期45卷 63-69,74页

作者：刘艳敏刘东升李浩宇燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室河北秦皇岛066004 河北建材职业技术学院河北秦皇岛066004 东北石油大学秦皇岛分校河北秦皇岛066004

由于当前3-upu冗余驱动并联机构存在奇异缺陷,造成冗余支链选择方法可靠性低、刚度分布不均。提出一种新的3-upu冗余驱动并联机构冗余支链优选方法。设计了3-upu冗余驱动并联机构和自由度要求。将运动平台位姿参数看作变量,求出3-upu冗... 详细信息

由于当前3-upu冗余驱动并联机构存在奇异缺陷,造成冗余支链选择方法可靠性低、刚度分布不均。提出一种新的3-upu冗余驱动并联机构冗余支链优选方法。设计了3-upu冗余驱动并联机构和自由度要求。将运动平台位姿参数看作变量,求出3-upu冗余驱动并联机构的力矩阵和力矩矩阵。获取3-upu冗余驱动并联机构输入,通过位置方程求出驱动螺旋参数和非冗余支链的驱动螺旋,提升可靠性。计算冗余驱动螺旋的参数,获取条件数机构的相关信息,确定刚度矩阵的力矩阵和力矩矩阵,利用灵巧度与刚度获取条件数和刚度最佳的冗余支链,解决刚度分布不均的问题。实验结果表明：所提方法可靠性高、刚度分布均匀。

关键词： 3-upu 冗余驱动并联机构冗余支链优选

3-upu冗余驱动并联机构采矿中的伴随运动消除（英文）

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机床与液压 2017年第12期45卷 112-117页

作者：刘艳敏张桂茹姚宏燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室河北秦皇岛066004 河北建材职业技术学院河北秦皇岛066004

3-upu并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-upu并联机构采矿中的干扰。对3-upu并联... 详细信息

3-upu并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-upu并联机构采矿中的干扰。对3-upu并联机构存在的非期望转动问题进行强度评估,根据评估结果限制螺旋和伴随转动间的互易积非零,限制螺旋对伴随转动进行做功。得到伴随转动自由度运动的范数描述,依据范数检测误差限制对非期望转动的干扰幅度,通过添加冗余驱动支链的方法,消除并联机构采矿中的伴随运动。实验结果表明:采用所提伴随运动消除方法时的并联机构工作空间满足采矿升沉幅值以及位移的要求。

关键词： 3-upu 冗余驱动并联机构采矿伴随运动消除

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一平动两转动3-upu并联机构奇异性分析

机械科学与技术 2016年第9期35卷 1313-1317页

作者：吴金波韩鹏华中科技大学武汉430074

应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-upu并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件,推导出机构的6×6 Jacobian矩阵,该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合,基于这些线矢量的线性相关性,可识别出机构的奇异形位。引... 详细信息

应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-upu并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件,推导出机构的6×6 Jacobian矩阵,该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合,基于这些线矢量的线性相关性,可识别出机构的奇异形位。引入线性丛逼近算法(LCAA)定义和分析了机构的结构和约束奇异形位,这两种奇异形位均和机构得到多余的自由度相关,文中统称为并联奇异;LCAA算法可得到用旋量坐标表示的最近线性丛的轴线和节距,当并联机构处于或接近奇异形位运动时,该线性丛的轴线和节距提供了机构自运动的额外信息。给出了3-upu并联机构奇异性分析的实例。

关键词：并联机构 3-upu 奇异性分析线几何旋量理论

基于3-upu的并联机构高空平台抑振系统研究

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机械设计与研究 2016年第2期32卷 41-45页

作者：刘智光于菲王刚李铁军安占法河北工业大学机械工程学院天津300130 河北建工集团石家庄050051

为实现幕墙安装人机协作系统中高空平台振动抑制,针对该平台存在的多维振动特性,提出应用基于3-upu并联机构的振动抑制装置。该机构通过改变支链长度实现动、定平台相对移动,各支链分别应用阻尼吸振装置进行能量吸收,从而减小高空作业... 详细信息

为实现幕墙安装人机协作系统中高空平台振动抑制,针对该平台存在的多维振动特性,提出应用基于3-upu并联机构的振动抑制装置。该机构通过改变支链长度实现动、定平台相对移动,各支链分别应用阻尼吸振装置进行能量吸收,从而减小高空作业平台的振动。为控制高空作业平台与被吸附幕墙之间作用力,建立了并联机构运动学模型和静力学模型,并计算了雅克比矩阵,进而建立等效阻尼和各支链阻尼及动平台位移之间的关系。最后,对阻尼抑振机构应用Matlab/Simulink进行仿真分析,结果显示当抑振机构的支链阻尼均为11000 N·S/m时,振动响应大约0.3 s后趋于稳定,该减振机构对冲击振动衰减效果明显,可以显著提高高空作业平台稳定性,并实际验证了并联机构抑振的有效性。

关键词：高空平台 3-upu 多维抑振等效阻尼

基于3-upu并联机构的下肢康复机器人研究

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基于3-UPU并联机构的下肢康复机器人研究

作者：宋利平西华大学

学位级别：硕士

随着我国人口老龄化态势的日趋严峻，因生理衰退导致四肢灵活性差甚至残疾的老年人正不断地增加。此外，由于战争、工伤、交通事故、疾病、灾难等原因造成神经损伤或肢体损伤的患者也在显著增加。但与之相对的是，康复设备与患者需求之... 详细信息

随着我国人口老龄化态势的日趋严峻，因生理衰退导致四肢灵活性差甚至残疾的老年人正不断地增加。此外，由于战争、工伤、交通事故、疾病、灾难等原因造成神经损伤或肢体损伤的患者也在显著增加。但与之相对的是，康复设备与患者需求之间的矛盾已日渐突出：人工护理成本逐年增加;用于医疗康复的设备功能单一，价格昂贵。因此，针对人体四肢而研究和开发的康复设备必将有着良好的发展前景。本文研究下肢康复机器人。首先，论文比较全面地综述了国内外有关下肢康复机器人的研究现状以及存在的技术难点，对课题的立意和开展起到了重要的指导作用。然后，在分析人体下肢结构特点、运动机理及损伤机理的基础上，结合人机工程设计要求提出了下肢康复机器人本体结构的设计目标。接着，根据设计目标确定了下肢康复机器人的自由度及驱动方式，分别对髋关节、膝关节、踝关节进行机构设计，将其串联起来便组成了人体下肢康复机器人的整体机构模型。本文采用纯转动型3-upu空间并联机构来实现髋关节和踝关节的康复训练，并基于旋量理论对3-upu空间并联机构的自由度进行了定性地计算，同时也对机构动平台的位置和速度进行了分析和计算。通过计算验证了该并联机构具有三个转动自由度，且满足转动轴线交于一点，可用于实现髋关节和踝关节3个转动自由度的康复训练。之后，根据人体下肢基本尺寸，应用三维设计软件Creo对下肢康复机器人的机械本体结构进行了三维建模，并将三维软件Creo中的模型进行简化后，导入MATLAB中的机构仿真工具Simulink和SimMechanics搭建了下肢康复机器人的运动学仿真模型进行运动学仿真。通过仿真分析，验证了所搭建的运动学模型的可行性和正确性，为下一步的动力学分析、机械本体结构优化、步态规划、轨迹控制等奠定了基础。最后，对下肢康复机器人的康复评价系统进行了较为深入的研究。应用模糊综合评价法和层次分析法相结合的评价方法（AHP-FCE康复评价方法）对下肢康复程度进行了评价，并以髋关节活动度进行实例评价。通过实例证明了AHP-FCE康复评价方法具有充分的可实现性，且优于传统的临床康复评价方法，为下肢康复机器人康复评价系统的实现提供了技术支持。

关键词：下肢康复机器人 3-upu 运动学康复评价

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可变平台及可折叠3-upu并联机构的研究

可变平台及可折叠3-UPU并联机构的研究

作者：成栋良燕山大学

学位级别：硕士

并联机构自其诞生以来已经过了多年的发展,衍生出6支链、5支链、4支链、3支链等多种类型的并联机构。在关于3支链并联机构的研究中,绝大多数文献都将机构的平台形状默认设置为正三角形,至于平台为任意三角形时会对机构的性能产生哪些影... 详细信息

并联机构自其诞生以来已经过了多年的发展,衍生出6支链、5支链、4支链、3支链等多种类型的并联机构。在关于3支链并联机构的研究中,绝大多数文献都将机构的平台形状默认设置为正三角形,至于平台为任意三角形时会对机构的性能产生哪些影响则少有文献研究。针对这种现象,本文以3-upu机构为例,对机构平台形状和大小发生改变之后对机构性能的影响进行了分析研究。提出了一种可变平台3-upu并联机构,运用螺旋理论对机构的自由度进行了分析,根据约束力线矢分布情况得出机构的自由度性质为两转一移,并运用空间解析几何方法对该自由度性质的全周性进行了证明;推导出了机构平台改变且自由度性质不变的平台变形方法。分情况分析了机构平台改变对机构工作空间的影响,总结出了平台改变对机构工作空间的影响规律,并根据规律提出了两种增大机构工作空间的平台变形方法。分别基于Hervé和Bricard这两种过约束机构设计了平面和空间两种平台变形辅助装置,使3-upu机构只通过两个自由度就可以实现平台大小的任意改变,从而增大机构的工作空间。对三重对称Bricard机构的特性进行了分析,通过D-H法得到了机构完全展开后的形状与机构参数之间的关系。基于三重对称Bricard机构设计了一种可折叠3-upu并联机构,极大减小了机构的空间占用,便于运输、搬运。

关键词：可变平台并联机构可折叠三重对称Bricard机构 3-upu

一种两转一移3-upu并联运动模拟器的设计与分析

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一种两转一移3-UPU并联运动模拟器的设计与分析

作者：宋井科燕山大学

学位级别：硕士

运动模拟器在军事、科研、工程、武器研发、民用娱乐、医疗康复等领域均发挥着重要作用,涵盖海、陆、空各方面,对一个国家的科技、国防及经济建设等具有长远的战略意义。运动模拟器已经在众多汽车、飞机的仿真测试、船舶模拟、军事训练... 详细信息

运动模拟器在军事、科研、工程、武器研发、民用娱乐、医疗康复等领域均发挥着重要作用,涵盖海、陆、空各方面,对一个国家的科技、国防及经济建设等具有长远的战略意义。运动模拟器已经在众多汽车、飞机的仿真测试、船舶模拟、军事训练和娱乐体验等使用场合中,取得较好的模拟效果。本文基于一种具有多转动中心的两转一移3-upu并联机构,设计出一种3自由度并联运动模拟器,能够完成升降、侧倾、俯仰三种运动,可以用来模拟飞行器、船舶、驾驶场景或应用在动感座椅等其他民用娱乐设备上。并对其进行了运动学分析、性能分析、尺度综合、有限元优化、考虑关节摩擦的动力学建模、控制分析等方面。本文的主要研究内容为:系统地分析了2R1T多转动中心3-upu并联机构在不同几何尺寸及装配条件下的运动学反解。根据约束平面的位置及装配条件,分为5种变异机构。分析了机构的运动/力传递性能和约束性能,得出其性能与位置参数d之间的变化关系。基于性能图谱,对机构的奇异问题进行系统的分析,并通过样机对奇异的位形进行验证。基于3-upu并联机构,设计出一种3自由度并联运动模拟器;兼顾传递性能与约束性能,对机构进行了尺度优化,根据优化的结果,初步确定了模拟器样机的尺寸。通过Solid Works和Workbench软件进行联合仿真优化,并以危险位姿的最大变形最小为优化目标,使末端平台的变形达到最小。采用封闭矢量法对3-upu并联运动模拟器进行速度与加速度分析,得到缸体、推杆及运动平台的速度及加速度。考虑库伦摩擦,对转动及移动关节进行摩擦建模,并应用Newton-Euler方程,考虑关节摩擦建立了两转一移3-upu并联运动模拟器的动力学模型,并应用Recur Dyn动力学仿真软件和MATLAB进行了联合仿真验证。对3-upu并联运动模拟器在关节空间内的PID分散控制器进行设计。基于Simscape软件,建立两转一移三自由度并联运动模拟器的虚拟样机模型,并搭建控制系统,基于运动学模型,对驱动关节进行分散PID运动控制仿真。基于虚功原理,建立了可用于动力学控制的逆动力学模型。并基于Simulink中的Simscape平台,搭建控制系统进行逆动力学控制仿真验证。

关键词：并联运动模拟器 3-upu 尺度综合动力学建模联合仿真

无不期望转动的3-upu平动机构结构条件及机构优选研究

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无不期望转动的3-UPU平动机构结构条件及机构优选研究

作者：李周斌燕山大学

学位级别：硕士

由于平动并联机构具有刚度大、高速、高精度等特点,从而使得这类机构在工业领域具有广泛的应用前景,Delta机器人就是成功应用的典型案例。对于Tsai氏3-upu并联机构,该机构的初始装配条件是给定的,但在实际的装配过程中是很难实现的。本... 详细信息

由于平动并联机构具有刚度大、高速、高精度等特点,从而使得这类机构在工业领域具有广泛的应用前景,Delta机器人就是成功应用的典型案例。对于Tsai氏3-upu并联机构,该机构的初始装配条件是给定的,但在实际的装配过程中是很难实现的。本课题研究无不期望转动的3-upu平动机构的结构条件,对机构的尺寸参数进行优化,优选3-upu平动机构的外侧R副几何安装方式。分析Tsai氏3-upu并联机构的自由度问题,构建3-upu并联机构的几何约束方程,探讨3-upu并联机构几何约束方程系数矩阵的秩与机构自由度的关系。基于此,证明理论上的3-upu平动机构的充要条件,分析3-upu平动机构的必要条件问题,利用几何约束方程系数矩阵的秩与机构自由度的关系,求解外侧R副共面时系数矩阵行列式为零的条件,着重分析存在2个外侧R副平行时3-upu并联机构的自由度,进而求解无不期望转动的3-upu平动机构的结构条件。引入输入、输出传递性能指标,基于3-upu平动机构的参数设计空间,利用全局传递指标、优质传递工作空间体积这两个优化指标对3-upu平动机构的传递性能进行分析,得到这两个优化指标的性能图谱,依据优化指标的界定值,采用交集的方式确定尺寸参数的优化区域,从优化区域中选取优化尺寸参数,最后对优化尺寸下的3-upu平动机构的运动/力传递性能进行分析。基于能效系数的概念介绍并联机构的输入、输出约束性能指标,分析upu分支中的运动螺旋、约束螺旋,在统一的优化尺寸下,根据不同的外侧R副几何安装方式,计算机构的约束性能指标值,基于约束性能指标值的大小优选外侧R副的几何安装方式,对比分析优选的几何安装方式下的机构约束性能,绘制外侧R副共面时机构的约束性能图谱,依据约束指标性能图谱确定几何安装方式的优选区域,从优选区域中选取一种使机构具有优质约束性能的安装方式,分析该安装方式下的3-upu平动机构的约束性能。

关键词： 3-upu 结构条件传递指标运动/力传递性能约束指标优化

基于并联机构的大洋采矿补偿平台构型设计分析

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中国机械工程 2003年第18期14卷 1565-1567,1583页

作者：郑相周宾鸿赞罗友高华中科技大学机械科学与工程学院武汉市430074

船舶广义升沉(升沉、横摇、纵摇)运动补偿平台是大洋采矿系统的重要组成部分。按照大洋采矿补偿系统的要求,采用单位四元数变换方法,提出了一种新型的基于并联机构的补偿平台。针对白两个3—upu构成的串并联混合并联机构,进行了工程可... 详细信息

船舶广义升沉(升沉、横摇、纵摇)运动补偿平台是大洋采矿系统的重要组成部分。按照大洋采矿补偿系统的要求,采用单位四元数变换方法,提出了一种新型的基于并联机构的补偿平台。针对白两个3—upu构成的串并联混合并联机构,进行了工程可行性分析,指出了在确定的广义升沉运动参数下,影响并联机构尺寸规格的主要参数,提出了油缸行程和最小连杆长度的极限相贯线概念的优化原理,并进行了实例计算。

关键词：大洋采矿系统广义升沉运动并联机构 3-upu 串并联混合机构