Delta并联机器人运动学性能分析与结构参数优化

1

作者 伞红军 杨晓园 +3 位作者 陈久朋 吴兴梅 张号彬 徐贝 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期446-458,共13页

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩... Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩阵条件数分布规律、结构参数约束关系、运动学性能随结构参数的变化规律及相关性,获得条件数分布特性和失真约束条件,在此基础上得出动静平台半径差和主动臂长度增加和从动杆长度减小能够使得机构性能较优。给定设计工作空间,对原结构进行参数优化设计,通过建立包络惩罚函数,采用多元非线性拟合与线性加权组合法得到运动学性能评价函数,结合条件数分布特性和失真约束条件建立优化模型,利用遗传算法进行优化。相较于优化前,优化后可达工作空间体积减小14.26%,设计工作空间的全局条件数均值和全局条件数标准差分别减小31.20%和11.78%,且设计工作空间各截面条件数分布规律验证了条件数分布特性的可靠性。 展开更多

关键词 Delta并联机器人 运动学性能 失真约束条件 条件数分布规律 结构参数优化

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含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析 被引量：18

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作者 董成林 刘海涛 黄田 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期124-129,共6页

分析含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能,该并联机构由著名的Tricept机器人并联模块3-UPS&UP机构增加一条无约束驱动支链所得。因冗余驱动支链的引入,该并联机构比3-UPS&UP机构拥有更高的承载能力和更好的静、动... 分析含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能,该并联机构由著名的Tricept机器人并联模块3-UPS&UP机构增加一条无约束驱动支链所得。因冗余驱动支链的引入,该并联机构比3-UPS&UP机构拥有更高的承载能力和更好的静、动态性能。在建立4-UPS&UP机构的位置逆解模型和7×6广义雅可比矩阵的基础上,得到驱动关节速度到动平台参考点线速度的4×3量纲一雅可比矩阵,并据该矩阵的条件数提出局部运动学性能评价指标。最后,在同尺度下对4-UPS&UP和3-UPS&UP并联机构的运动学性能进行了对比分析,得到前者运动学性能优于后者的结论。 展开更多

关键词 并联机构 冗余驱动 运动学性能

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3-SPR并联机构运动学性能评价 被引量：16

3

作者 汪满新 刘海涛 黄田 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期108-115,共8页

以一种可用于航天航空高速铣削加工和自动装配的面对称3-SPR并联机构为对象,利用矩阵求逆提出一种具有解耦格式的全雅可比矩阵建模方法,并据此构造出一组取值介于[0,1]之间、量纲一且与坐标系无关的运动学性能评价指标,用于揭示机构尺... 以一种可用于航天航空高速铣削加工和自动装配的面对称3-SPR并联机构为对象,利用矩阵求逆提出一种具有解耦格式的全雅可比矩阵建模方法,并据此构造出一组取值介于[0,1]之间、量纲一且与坐标系无关的运动学性能评价指标,用于揭示机构尺度参数对这组指标的影响规律。在此基础上,构造出满足给定运动学性能、支链极限杆长比和球副转角等几何与运动学约束的尺度参数可行域,既可满足运动学性能要求,又可为后续设计修改尺度留有余地。 展开更多

关键词 并联机构 解耦雅可比矩阵 运动学性能评价

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起停式曲柄飞剪剪切机构运动学性能分析 被引量：7

4

作者 王全先 解振山 《齿轮》 CSCD 2004年第6期52-53,70,共3页

起停式曲柄飞剪 ,设计思路新颖 ,是目前较先进的飞剪机之一。针对起停式曲柄飞剪剪切机构的运动学模型 ,采用MATLAB程序设计语言将其程序化 ,得出了飞剪剪刃运动轨迹和剪刃速度变化曲线 ,对于了解飞剪剪切过程、定量分析剪切机构的工作... 起停式曲柄飞剪 ,设计思路新颖 ,是目前较先进的飞剪机之一。针对起停式曲柄飞剪剪切机构的运动学模型 ,采用MATLAB程序设计语言将其程序化 ,得出了飞剪剪刃运动轨迹和剪刃速度变化曲线 ,对于了解飞剪剪切过程、定量分析剪切机构的工作性能和设计同类飞剪具有参考价值。 展开更多

关键词 起停式 曲柄飞剪 剪切机构 剪刃 飞剪机 运动学模型 运动轨迹 运动学性能 曲线 过程

原文传递

3-UPU并联机构运动学性能分析 被引量：4

5

作者 武国顺 陈良 +1 位作者 魏永庚 毕永利 《黑龙江大学工程学报》 2017年第2期93-96,共4页

为提高并联机构的设计效率和设计的准确性,以3-UPU并联机构为研究对象,对其进行运动学性能分析,利用矢量法推导出机构的正、逆解公式。通过微分法推导出机构雅克比矩阵,同时建立机构输入速度与输出速度之间的映射关系,通过二次求导建立... 为提高并联机构的设计效率和设计的准确性,以3-UPU并联机构为研究对象,对其进行运动学性能分析,利用矢量法推导出机构的正、逆解公式。通过微分法推导出机构雅克比矩阵,同时建立机构输入速度与输出速度之间的映射关系,通过二次求导建立机构输入加速度与输出加速度之间的关系。利用Matlab软件进行速度与加速度的仿真计算,并绘制出并联机构输入速度(加速度)与输出速度(加速度)之间的关系,并与ADAMS软件虚拟仿真结果进行对比,从而验证3-UPU并联机构数学模型与三维实体模型的正确性。 展开更多

关键词 3-UPU并联机构 运动学性能分析 正解公式 逆解公式

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曲柄摆式飞剪剪切机构运动学性能分析 被引量：2

6

作者 刘福群 赵高晖 +1 位作者 陈中平 刘世红 《机械工程与自动化》 2011年第6期39-40,43,共3页

对曲柄摆式飞剪的剪切机构进行分析研究。采用复数矢量法建立曲柄摆式飞剪剪切机构的运动学模型并分析其运动学特性,求出剪切机构的剪切刃位置轨迹和水平方向上的分速度参数表达式,得出了上、下剪切刃的运动轨迹曲线和速度曲线。分析研... 对曲柄摆式飞剪的剪切机构进行分析研究。采用复数矢量法建立曲柄摆式飞剪剪切机构的运动学模型并分析其运动学特性,求出剪切机构的剪切刃位置轨迹和水平方向上的分速度参数表达式,得出了上、下剪切刃的运动轨迹曲线和速度曲线。分析研究结果为同类产品以后的运动学研究提供了有力的参考数据和方法。 展开更多

关键词 曲柄摆式飞剪 剪切机构 运动学性能

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两种越野赛车前悬架运动学性能对比分析 被引量：2

7

作者 陆润明 廖抒华 覃紫莹 《农业装备与车辆工程》 2019年第7期75-78,共4页

为了研究双横臂悬架和麦弗逊悬架的运动规律,并对两种悬架的运动学性能进行对比分析,以多体动力学分析软件ADAMS为试验工具,分别建立两种悬架的动力学分析模型,通过运动仿真分析获取两种悬架的运动规律,研究其运动学性能,从而为越野赛... 为了研究双横臂悬架和麦弗逊悬架的运动规律,并对两种悬架的运动学性能进行对比分析,以多体动力学分析软件ADAMS为试验工具,分别建立两种悬架的动力学分析模型,通过运动仿真分析获取两种悬架的运动规律,研究其运动学性能,从而为越野赛车设计时提供前悬架选型的参考。 展开更多

关键词 双横臂悬架 麦弗逊悬架 运动学性能 对比分析

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石材雕刻机械臂运动学性能的分析与优化 被引量：2

8

作者 尹方辰 史宏伟 +4 位作者 纪清智 陈寅昊 王柴志 黄国钦 崔长彩 《机床与液压》 北大核心 2022年第9期24-34,共11页

石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动学性能的变化相当复杂,其运动性能的优劣是影响石雕产品质量的重要因素。分析并优化石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动性能。基于D-H参数法建立石材雕刻机械臂运动学模型,通过旋量理论中的指数乘... 石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动学性能的变化相当复杂,其运动性能的优劣是影响石雕产品质量的重要因素。分析并优化石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动性能。基于D-H参数法建立石材雕刻机械臂运动学模型,通过旋量理论中的指数乘积公式计算石材雕刻机械臂正运动学解和逆运动学解;基于雅克比矩阵的条件数,提出可以定量描述石材雕刻机械臂运动性能的指标(灵巧度),并进一步研究灵巧度在关节空间坐标和操作空间坐标下的变化规律;基于Dijkstra优化理论,在石材雕刻机械臂的可达工作区内给出机械臂运动性能最优的工作空间。结果表明:当石材雕刻机械臂在最优工作空间中移动时,其关节角加速度的波动会大幅减小。研究成果可为石材雕刻机械臂加工位置的布局提供参考。 展开更多

关键词 石材雕刻机械臂 运动学性能 灵巧度指标 Dijkstra优化理论 优化工作空间

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某电动汽车扭力梁运动学性能仿真分析

9

作者 汤国龙 《建材与装饰》 2018年第18期291-292,共2页

扭力梁式半独立悬架具有结构简单、成本低、拆卸方便的诸多优点,被广泛应用于现代轿车领域。合理的扭力梁结构设计才能满足整车对舒适性、操稳性的需求。本文以对某电动轿车后扭力梁运动学性能分析为例,简述其后悬架的结构优化和性能开发。

关键词 扭力梁 运动学性能 仿真

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并联腕康复机器人的设计与运动学性能评价

10

作者 张雷雨 常雅威 +3 位作者 俞振东 于洋 李剑锋 张斐然 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期123-132,共10页

中国脑卒中患者数量的巨幅增长且后遗症对患者生活质量带来严重影响,尤其手功能丧失最为突出,给社会经济带来巨大负担。因此,研发了人-机-环境高度融合的并联腕康复机器人,借助定制的直线推杆,具备良好的穿戴舒适性、承载性和高运动精度... 中国脑卒中患者数量的巨幅增长且后遗症对患者生活质量带来严重影响,尤其手功能丧失最为突出,给社会经济带来巨大负担。因此,研发了人-机-环境高度融合的并联腕康复机器人,借助定制的直线推杆,具备良好的穿戴舒适性、承载性和高运动精度,能够适应腕关节运动轴线错位。基于腕关节生理体征、康复训练需求、运动学特征和可穿戴性,进行并联腕康复机构的构型综合,优选出2-SPU/RR并联构型,研制结构紧凑、运动精确及高支撑刚度的并联腕康复机器人样机。建立该康复机构的运动学模型,进行可操作度、灵巧性、刚度分析和运动学性能评价。分析结果表明:该并联机构能够满足康复运动的自由度需求,且运动平滑无突变,在康复运动范围内,不存在奇异位形,且具有良好的可操作性、灵巧性和各向同性。 展开更多

关键词 腕康复 并联机构 可穿戴性 运动学性能

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TriMule与Exechon机器人的切向运动传递特性同性条件及运动学性能分析 被引量：6

11

作者 董成林 李锦涛 +1 位作者 刘海涛 黄田 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第15期23-32,共10页

为对比分析TriMule和Exechon机器人机构的运动学性能,利用旋量理论建立二者并联机构的量纲一雅可比矩阵,提出适用于此类机构的切向和法向运动传递特性,据此构造出两种机构的局部和全局运动学性能评价指标。在给定参考位形下,推导出两种... 为对比分析TriMule和Exechon机器人机构的运动学性能,利用旋量理论建立二者并联机构的量纲一雅可比矩阵,提出适用于此类机构的切向和法向运动传递特性,据此构造出两种机构的局部和全局运动学性能评价指标。在给定参考位形下,推导出两种机构切向运动传递特性同性条件的解析表达。在此基础上,研究两种机构在参考位形下和任务工作空间全域内切向和法向运动传递特性随关键设计角度的变化规律,以及局部与全局运动传递特性间的关联关系,得到两种机构具有相似的运动学性能且局部与全局运动传递特性呈线性相关的结论。 展开更多

关键词 并联机构 运动学性能 各向同性

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一类平转耦合并联机构运动学性能的评价方法

12

作者 孙涛 宋轶民 黄田 《中国科学：信息科学》 CSCD 2012年第9期1081-1090,共10页

三自由度平转耦合并联机构已在航空大型结构件加工中得到应用,但因这类机构的Jacobian矩阵量纲不统一,故难于用其代数特征评价机构的运动学性能.本文基于螺旋理论构造出3-PRS并联机构速度映射模型,采用虚功原理定义了两种可描述机构链... 三自由度平转耦合并联机构已在航空大型结构件加工中得到应用,但因这类机构的Jacobian矩阵量纲不统一,故难于用其代数特征评价机构的运动学性能.本文基于螺旋理论构造出3-PRS并联机构速度映射模型,采用虚功原理定义了两种可描述机构链内和链间瞬时功率传递特性的无量纲运动学性能评价指标,并通过算例说明其有效性.研究成果对指导这类并联机构的运动学优化设计具有重要的参考价值. 展开更多

关键词 并联机构 螺旋理论 Jacobian矩阵 运动学性能指标 优化设计

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空间2自由度冗余驱动并联机构运动学性能分析 被引量：6

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作者 王世杰 冯伟 +3 位作者 李铁军 张建军 杨冬 刘今越 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第23期18-27,共10页

面向建筑机器人领域的高性能机械臂需求,提出了一种空间2旋转自由度的3-UPS&U冗余驱动并联机构。基于螺旋理论和修正的G-K公式对机构的整体自由度进行分析,确定了其围绕恰约束支链万向副旋转的运动特性。建立驱动参数与末端参数之... 面向建筑机器人领域的高性能机械臂需求,提出了一种空间2旋转自由度的3-UPS&U冗余驱动并联机构。基于螺旋理论和修正的G-K公式对机构的整体自由度进行分析,确定了其围绕恰约束支链万向副旋转的运动特性。建立驱动参数与末端参数之间的映射关系,得到其工作空间模型。通过主驱动并联、从动约束串联的独立建模,构造了该并联机构完整的广义雅可比矩阵,进一步得到动平台末端中心点线速度与驱动关节速度之间的无量纲化雅可比矩阵,并据此建立了特定工作空间下机构的灵巧度、承载能力和刚度性能评价指标。最后结果表明,3-UPS&U冗余驱动并联机构进行较高频次上下摆动作业时,在约束支链所布置的对应转轴方向上,具有更佳的综合运动学性能,且能大大降低性能衰减的幅度。 展开更多

关键词 冗余驱动 并联机构 空间二自由度 工作空间 运动学性能

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基于三分支非均匀分布球面并联机构腰关节的运动学传递性能分析

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作者 荣誉 《机械传动》 CSCD 北大核心 2009年第4期26-28,共3页

把基于三分支非均匀分布球面并联机构应用于新型拟人腰关节,可以很大程度改善现有拟人腰关节的性能。为满足该拟人腰关节的性能要求,对其结构进行了运动学传递性能计算与分析,选取了一组合理的设计几何参数,从而使其基本能满足腰关节对... 把基于三分支非均匀分布球面并联机构应用于新型拟人腰关节,可以很大程度改善现有拟人腰关节的性能。为满足该拟人腰关节的性能要求,对其结构进行了运动学传递性能计算与分析,选取了一组合理的设计几何参数,从而使其基本能满足腰关节对工作空间的要求。通过分析腰关节的运动学传递性能,定义了角度传递性能评价指标,并研究了评价指标如何提高全域角速度传递性能。 展开更多

关键词 3-RRR球面并联机构 运动学传递性能性能 评价指标

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六足机器人整机运动学分析及构型选择 被引量：15

15

作者 张金柱 金振林 张哲 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1832-1842,共11页

六足机器人整机构型设计和整机运动学模型是机器人样机研制和行为控制的基础。利用GF集理论阐明了六足机器人整机构型设计的实质即为解决机械腿在机身平台上的布局问题,并基于仿生学原理给出了5种整机构型。介绍了一种三自由度并联驱动... 六足机器人整机构型设计和整机运动学模型是机器人样机研制和行为控制的基础。利用GF集理论阐明了六足机器人整机构型设计的实质即为解决机械腿在机身平台上的布局问题,并基于仿生学原理给出了5种整机构型。介绍了一种三自由度并联驱动腿部机构,并利用闭环矢量链及求导的方法建立了基于该腿部机构的六足机器人整机运动学模型。本文给出了六足机器人整机运动学理论及仿真算例,推导出了速度、加速度的理论值及仿真值的拟合图。拟合结果表明:角速度、角加速度的理论值与仿真值的最大误差量级分别为10^(-2)(°)/s和10^(-3)(°)/s^2,验证了理论模型的正确性。基于该理论模型,绘制了不同构型下该并联驱动腿的六足机器人的工作空间分布图,选择了工作空间较大的两种整机构型,并对这两种构型下的六足机器人的运动学性能进行对比分析,选择了一种能够更好发挥该腿部机构综合运动能力的整机构型。本文的研究为该六足机器人的后续研究奠定了理论基础。所使用的整机运动学建模方法对其他六足机器人也实用。 展开更多

关键词 六足机器人 整机构型 运动学模型 运动学性能

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一种新型非对称并联机构的运动学分析 被引量：8

16

作者 吴孟丽 张大卫 赵兴玉 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1423-1428,共6页

研究了一种新型非对称并联机构的结构特点,详细阐述了并联机构的创新概念及设计思想。在运动学模型基础上,计算了位置正解、逆解和速度。以雅可比矩阵条件数为指标,将该机构与SKM400机构进行了运动学分析对比。该机构具有良好的工业应... 研究了一种新型非对称并联机构的结构特点,详细阐述了并联机构的创新概念及设计思想。在运动学模型基础上,计算了位置正解、逆解和速度。以雅可比矩阵条件数为指标,将该机构与SKM400机构进行了运动学分析对比。该机构具有良好的工业应用前景。 展开更多

关键词 并联机构 概念设计 位置逆解 位置正解 运动学性能

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新型3-DOF冗余并联机构运动学和工作空间分析 被引量：6

17

作者 李小汝 黄娟 李兴慧 《机械传动》 北大核心 2019年第7期130-135,共6页

因具备更高刚度、更好动力学性能等特点,冗余驱动并联机构越来越多地应用于各行业中。提出一种支链为双滑块结构的3-DOF冗余并联机构,基于位置正、反解分别推导了机构的运动学方程,并结合反解方程和MATLAB对机构进行运动学仿真,绘制了... 因具备更高刚度、更好动力学性能等特点,冗余驱动并联机构越来越多地应用于各行业中。提出一种支链为双滑块结构的3-DOF冗余并联机构,基于位置正、反解分别推导了机构的运动学方程,并结合反解方程和MATLAB对机构进行运动学仿真,绘制了驱动位移、速度曲线;结合运动学分析结果与正解方程对机构工作空间进行分析,绘制了机构三维工作空间;运动学、工作空间分析结果表明,机构在工作空间内运动平稳,无位移、速度突变等情况,且工作空间关于XOZ面具有良好的对称性;研究结果为该构型冗余并联机构的实际应用提供了基础。 展开更多

关键词 冗余驱动 并联机构 运动学性能 工作空间

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一种三自由度并联机构的概念设计与运动学分析 被引量：1

18

作者 吴孟丽 张大卫 赵兴玉 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期965-970,共6页

从机构创新的角度出发,系统论述了一种三自由度并联机构(TAM)的概念设计思想.该机构采取变一条被动支链为主动支链的方法,在SKM400机构的基础上进行了非对称变型设计.与SKM400对比,建立了二者的运动学模型,计算了它们的位置逆解和速度.... 从机构创新的角度出发,系统论述了一种三自由度并联机构(TAM)的概念设计思想.该机构采取变一条被动支链为主动支链的方法,在SKM400机构的基础上进行了非对称变型设计.与SKM400对比,建立了二者的运动学模型,计算了它们的位置逆解和速度.以雅可比条件数及其全域均值为指标,对机构的运动学性能进行了评价.从理论上说,TAM机构比SKM400机构简单有效,更具竞争性. 展开更多

关键词 并联机构 概念设计 运动学性能评价 位置逆解

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一种新型拟人机械腿的运动传递性能分析 被引量：1

19

作者 计时鸣 刘毅 +1 位作者 李研彪 李景敏 《机电工程》 CAS 2012年第10期1125-1129,共5页

针对当前多数拟人机械腿采用串联机构出现的运动惯性大、承载能力小,不能很好地满足拟人机器人运动特性需要的问题,提出了一种新型拟人机械腿并联机构,介绍了其结构布局特点,该机构具有3个自由度,外观匀称,与人腿相仿度高,在结构上实现... 针对当前多数拟人机械腿采用串联机构出现的运动惯性大、承载能力小,不能很好地满足拟人机器人运动特性需要的问题,提出了一种新型拟人机械腿并联机构,介绍了其结构布局特点,该机构具有3个自由度,外观匀称,与人腿相仿度高,在结构上实现了人体踝关节和膝关节功能。建立了该并联机械腿的位置反解方程,基于该方程用矢量法推导出了线速度和角速度雅可比矩阵,分别定义两矩阵的条件数和可操作度作为其运动学性能指标,分析了各性能指标在工作空间内的分布规律。研究结果表明:拟人机械腿速度传递性能良好且稳定,脚掌的运动传递性能几乎不受屈膝角度的影响。仿真结果符合人体腿部的运动要求,为当前拟人机械腿的研究提供了一种新的构型。 展开更多

关键词 仿人机器人 并联机械腿 运动学性能指标 工作空间

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平面3RRR并联机构的运动性能分析 被引量：10

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作者 郭希娟 朱思俊 +1 位作者 黄真 孔令富 《机器人技术与应用》 2002年第4期41-45,共5页

本文改进了我们过去给出的角加速度和线加速度的性能指标 ,并且利用给出的新的角加速度和线加速度指标 ,对平面3RRR并联机器人机构的运动学性能进行了分析。

关键词 运动性能分析 影响系统矩阵 性能指标 并联机构 平面3RRR并联机器人 运动学性能

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