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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
殷家宁 姜鹏 陈明 姚蕊
500m口径球面射电望远镜(FAST)采用索驱动并联机器人与Stewart平台组合实现馈源在百米工作空间内的毫米高定位精度。该文提出了该类刚柔结合机构的动力学建模方法,分别对绳索和Stewart平台进行精确建模,通过两级机构模型的联立对中间结构的Newton-Euler方程迭代来求解系统的振动,探讨系统耦合振动的本质,从原理上说明了Stewart平台补偿误差对系统造成的具体影响并以数值形式表达。研究结果为FAST提高观测精度提供了必要条件,也为这类刚柔结合机构的控制算法提供了重要理论基础。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
赵雅聪 王启明
500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)中馈源支撑系统是一个巨型的索牵引并联机器人,钢索牵引动平台在数百米空间内运动,包含变长度柔性索的运动和动平台的刚体运动。该文以索牵引并联机器人为研究对象,首先,采用绝对节点坐标法建立变长度钢索单元模型,并以此为基础利用虚功原理建立变长度索单元的动力学方程组;其次,对刚性动平台进行动力学分析,利用钢索与动平台间的约束得到六索牵引并联机器人整体的动力学方程组,其中包含柔性索和动平台的自由度;最后,使用MATLAB对建立的动力学模型进行了数值计算及仿真,将所得的仿真数据与对应的FAST实际运行数据进行对比,验证了该模型的可行性。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
陈修龙 杨伟涛 邓昱
为了提高学生的动力学建模和分析能力，基于3自由度3-转动副-转动副-转动副-转动副-转动副（3-RRRRR）空间并联指向机构实验平台，开展动力学建模与仿真分析研究。首先，分析3-RRRRR空间并联指向机构实验平台的结构特征，建立并联指向机构平台的运动学模型；然后，利用拉格朗日乘子法推导并联指向机构平台的刚体动力学模型，基于四阶龙格库塔（Runge-Kutta）算法求解机构平台动力学模型，通过数值仿真分析不同驱动速度对并联指向机构平台动力学响应的影响；最后，采用ADAMS虚拟样机仿真验证动力学模型及模型求解的正确性。该研究为空间并联机构实验平台刚体动力学建模和仿真分析提供了有效方法，为机构动力学分析与控制奠定了理论基础。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
黄河山 李婷 刘晋浩
鉴于串联机构难以实现复杂的空间曲面轨迹运动,提出了一种应用在沿空间曲线及曲面进行作业的6-HUS并联运动平台。对6-HUS并联运动平台进行动力学分析,并采用拉格朗日法建立其动力学模型。结合给定的运动算例,通过Matlab软件编程对所建立的动力学模型进行求解,得到了各个驱动杆的驱动力变化曲线。再采用Adams软件对6-HUS并联运动平台虚拟样机进行动力学仿真,虚拟仿真得到的驱动力曲线与数值仿真结果基本一致,证明在机构模型进行适当简化的基础上,采用拉格朗日法建立的动力学模型是可行的,这为后续的动力学优化与控制系统设计提供了理论依据。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
崔志伟 唐晓强 侯森浩 项程远
在机器人与人交互过程中,机器人可能因刚度过大而对人或产品产生安全威胁。该文提出索驱动并联机器人静态刚度分析及索力分配方法,研究其可控刚度特性问题。首先,通过建立运动学和静力学方程对机器人进行受力分析,并通过引入线矢量和微分变换的方式,推导出结构矩阵对位姿微分的三维Hessian矩阵,建立静态刚度模型,分析索力与机器人刚度间的关系;其次,给出索力多边形计算算法,并研究索力分配方法,完成机器人刚度的有效控制;最后,通过计算实例验证该方法正确性与有效性。结果表明:该方法可以有效控制机器人的系统刚度。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
李建 王生海 刘将 高钰富 韩广冬 孙玉清
由于船体表面形状不规则及海浪激励引起船舶运动,因此船舶清洗作业成为难点。为实现船舶高效、自动化清洗作业,该文提出一种变结构空间绳驱动清洗机器人。首先,采用Newton-Euler法建立包含船舶运动及多种外部扰动的动力学模型。通过流体仿真试验验证了水射流可喷射至作业面,并得到水枪反作用力。其次,考虑到海风对清洗作业的影响,采用风压投影法计算得到风扰力,并将风扰力与水枪反作用力共同作为扰动输入。再次,在动力学模型的基础上,为实现动基座激励下的高精度轨迹跟踪控制,提出了一种模糊自适应比例积分(proportional-integral, PI)滑模控制器(fuzzy adaptive PI sliding mode controller, FAPI-SMC)。最后,采用Lyapunov理论证明了控制系统稳定,并通过仿真试验验证了FAPI-SMC有效。结果表明:在不同形式的波浪激励和作业场景下, FAPI-SMC的位置稳态误差为±0.02 m,角度稳态误差为±0.02°。与传统的比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)控制器相比, FAPI-SMC的最大误差减少6%,响应速度提升57%,稳态性能提升3%。该研究成果可为绳驱动机构的实船应用提供理论依据。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
邹宇鹏 吴祥淑 张宗源 张际平 顾学斌 李万哲 吴宝贵
MATLAB/Multibody建模工具为科学研究和创新型教学提供了便捷高效的虚拟仿真平台。该文以3R3T并联柔索机器人的理论分析及建模仿真为例，首先介绍并联柔索驱动上肢康复机器人的总体结构和构型，并对3R3T并联柔索机器人进行运动学分析和轨迹规划；进一步基于Multibody建模工具构建3R3T并联柔索机器人多体动力学模型；最后联合运动学模型与Multibody虚拟样机模型进行仿真。仿真结果验证了运动学模型的准确性以及利用Multibody进行虚拟仿真的可行性。利用Multibody进行建模分析，为机构运动学、动力学等理论分析的实现提供了更便捷的平台，对虚拟仿真教学资源的建设有重要意义。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
李政清 侯森浩 韦金昊 唐晓强
针对用于物流仓储领域的平面四索并联机器人,提出一种基于视觉定位的自标定方法.通过相机和货架上的二维码获取末端动平台的位置,进行模型参数辨识和误差补偿,实现平面四索并联机器人的几何参数快速标定.首先,建立该索机器人的运动学模型;然后,提出基于该机器人构型的运动学参数标定方法及位姿测量方法;最后,通过计算机仿真和实验验证该标定方法的有效性.实验结果表明,该标定方法能够快速实现末端动平台的运动学标定,达到小于1mm的定位精度,满足仓储堆垛任务的定位误差要求.
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
韦慧玲 仇原鹰 盛英 陈海初 卢清华
针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法。该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Newton迭代方法得出悬链线模型的精确数值解,分析数值解的取值范围确定其正确符号;最后,对降维优化解算方法的合理性和有效性通过实例计算进行了验证。研究成果可为绳牵引并联机构的动力学精确建模和稳定运动实时控制提供理论依据。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
张彬彬 王立平 吴军
该文以应用于高速、高加速混联加工装备中的一种3-PRRU空间3自由度并联机构为研究对象,研究其动力学建模及动力学各向同性评价方法。基于虚功原理,建立了3-PRRU并联机构的动力学模型,并从动能角度出发,提出了两个评价机构各向同性性能的指标。针对该指标,提出了一种5维图像描述方法,并对3-PRRU并联机构进行各向同性性能评价。该动力学各向同性评价指标具有量纲统一、物理意义明确的优点,可以更准确地对并联机构的动力学性能分布进行表征。
关键词：
并联机构 动力学模型 性能评价 各向同性
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
于广 王立平 吴军 王冬
机床的动态特性可以衡量机床抵抗动载荷的能力,对机床切削性能有着重要影响。该文以一种具有平行四边形结构的3自由度并联主轴头为研究对象,研究其动力学建模方法及其分析动态特性。该主轴头运动学支链中的杆件具有变截面特点,基于有限元思想该文提出了一种求解变截面杆件质量矩阵的方法,并考虑铰链的影响,建立了铰链的质量矩阵,进一步推导了并联主轴头的动力学模型。基于动力学模型,研究了并联主轴头在工作空间内的固有频率分布规律及其振型。通过在并联主轴头样机上的实验,验证了动力学模型和动态特性分析的准确性和有效性,为并联主轴头的
关键词：
并联机构 动力学模型 质量矩阵 固有频率
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
刘鹏 乔心州
由于驱动柔索的柔性和单向约束特性,以及柔索悬垂的影响,大跨度完全约束空间3-DOF柔索驱动并联机器人稳定性面临着严峻挑战。建立该机器人的稳定性评价模型及其稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度。首先,基于机器人运动学和动力学模型,提出稳定性位置和柔索驱动力影响因子,建立稳定性评价模型。其次,采用灰色关联分析方法建立机器人稳定性灵敏度分析模型,提出采用关联度研究和衡量机器人末端执行器位置和柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。最后,以大跨度4索驱动摄像机器人为例,对所建立的稳定性评价模型和敏感度分析模型进行仿真研究。结果表明:摄像机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,其次为位置影响因素,其中稳定性对末端摄像平台y方向位移的关联度最小。研究结果为大跨度完全约束空间3-DOF柔索驱动并联机器人运动轨迹的稳健优化设计与运动控制提供了指导方向。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
张磊 王树才
针对当前禽蛋加工生产线中分段处置过程工序多、生产线长、累计破损率大、设备成本高等问题,采用一种基于机器视觉的Delta并联机器人,实现在生产线上将合格禽蛋捡拾到标准蛋盘并按照一定的顺序逐层整齐摆放的高速智能捡拾。通过基于视觉的动态禽蛋个体进行定位,确定不同搬运路径的智能轨迹规划,对实现智能捡拾的机器人控制程序进行设计并对禽蛋智能捡拾进行测试。结果表明,采用基于视觉的Delta并联机器人可以实现禽蛋智能捡拾和装盘工作目标,机器人运行速度达1 250 mm/s,捡拾效率为0.414 2~0.447 8枚/s,漏捡率小于3.33%。
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
董楸煌 陈志伟
为了实现平面工作空间的目标物自动化快速分拣操作，基于平面五连杆机构，设计平面2RR并联机器人系统进行分拣操作.首先，根据系统的自由度和主动关节的设置，确定系统的广义坐标，利用第二类拉格朗日方程和闭链几何约束关系，建立系统的动力学方程.针对分拣操作的高速运动控制要求，并考虑系统动力学方程的非线性、强耦合和不确定干扰等因素，设计了基于干扰观测器的滑模控制方法.最后，通过李雅普诺夫稳定性证明了所设计的控制方法的稳定性，并通过数值仿真验证了该控制方法有较好的控制效果.
关键词：
并联机器人 动力学 滑模控制 干扰观测器
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
董靖川 谭志兰 武晓鑫 刘晋东
该文建立了Diamond并联机器人多学科数字孪生模型，并在此基础上设计了一种数字孪生实验系统。该系统由并联机器人本体、实时数字孪生控制器、实验系统上位机构成。数字孪生控制器基于NI myRIO构建，运行并联机器人机械本体数字孪生模型和控制器数字孪生模型，并通过运动控制接口板与机器人伺服电机驱动器连接。上位机通过LabVIEW开发，并通过与数字孪生控制器的通信实现数据采集并显示实时状态。数字孪生实验系统可工作于仿真运行或实物运行模式，通过虚实结合方式使实验不受设备、场地、时间的限制，增强了安全性，有助于提高学生的探索兴趣和工程实践能力。
关键词：
数字孪生 运动控制 并联机器人
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