奇异位形

摘要： 目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动(3T1R)并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。

摘要： 提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行。基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度。用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形。由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构用于不规则曲面雕刻机的应用实例。实验研究表明,该机构可以满足雕刻的需求。

摘要： 针对一种平面二自由度并联机构进行运动学分析,研究机构两类奇异位形的出现条件及奇异姿态,并全面讨论了机构两种运动学反解模型下存在的各种理论工作空间的形状及内接矩形面积的计算公式。通过一种量纲一化的参数模型,将机构运动学参数的无限设计空间转化为一个有限的设计面域,并绘制了最大矩形工作空间的性能图谱。利用该图谱,有效指导了机构运动学参数的优化设计。

摘要： 运动学正逆解和奇异位形的预测是机器人设计和运动控制的必要环节。本文针对双臂并联机器人的机械结构,提出了用于求取运动学正逆解数学模型的方法,由此实现通过驱动机器人主臂角度,控制机器人末端坐标的运动轨迹,并确定机器人臂的有效工作空间;同时,利用雅克比矩阵得出了双臂并联机器人正逆运动学奇异位形的预测方法,给出了明确的判定条件。通过并联机器人的实际实验,分析了奇异位形所处的物理姿态和失控情形,验证了正逆解控制和奇异位形存在性预测的正确性,本文所提的方法可为双臂并联机器人的运动控制和轨迹规划提供参考。

摘要： 提出了一种新型面对称两移动两转动2RUPaR-2RRU并联机构,应用旋量理论分析其自由度,并确定了其运动特性。该机构可作为振动筛的本体结构。建立机构位置分析模型,得到位置逆解解析表达式;应用矢量法分析机构速度,得到输入、输出Jacobian矩阵,并据此分析了机构奇异位形;应用输入、输出传递指标评价机构运动和力传递性能,给出有效传递姿态工作空间和有效传递位置工作空间(Effective transmission positional workspace,ETPW)的定义和数值计算方法。以ETPW最大为目标,建立机构尺度参数约束优化模型,并应用差分进化算法求解该问题;给出了机构尺度优化设计实例。结果表明,模型和算法可行有效,优化后的机构ETPW明显增大。

摘要： 对桌面型607串联机械臂进行工作空间和奇异位形分析。首先运用标准的D-H参数法求出正运动学方程的解,并对其验证;然后用MATLAB编程对其工作空间进行仿真分析;最后利用微分变换法求出雅可比矩阵,得到奇异位形情况,并用MATLAB对奇异位形进行验证。分析结果表明:此机械臂主要存在3种奇异位形,为此类机械臂避免奇异位形算法的研究提供参考。

摘要： 传统上肢康复机器人交互控制系统受到奇异位形影响,导致系统控制精准度较低,为此提出基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统;设计上肢康复机器人交互控制系统结构,选取双串口12CSA60S2系列单片机作为下位机控制核心模块,利用椎齿轮改变驱动力方向,设计机械臂肘部结构,通过同步带传动,将器件隐藏于空手柄中;设计机械臂腕部结构,满足临床康复时上肢患者站姿与坐姿训练需求;选择箔式应变片BF350力传感器,设计电阻应变片桥接电路,处理传输信号;构建机器人目标阻抗模型,设计基于力阻抗控制策略,调节位置、速度和关节;为改善奇异位形情况,在奇异位形附近关节角速度指令直接由各个关节力矩阻尼控制得到,实现角速度精准输出,完成系统控制;由实验结果可知,该系统直线运动位置、旋转关节位置和伸缩关节位置跟踪结果与标准值基本一致,满足系统设计需求。

摘要： 传统上肢康复机器人交互控制系统受到奇异位形影响,导致系统控制精准度较低,为此提出基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统;设计上肢康复机器人交互控制系统结构,选取双串口12CSA60S2系列单片机作为下位机控制核心模块,利用椎齿轮改变驱动力方向,设计机械臂肘部结构,通过同步带传动,将器件隐藏于空手柄中;设计机械臂腕部结构,满足临床康复时上肢患者站姿与坐姿训练需求;选择箔式应变片BF350力传感器,设计电阻应变片桥接电路,处理传输信号;构建机器人目标阻抗模型,设计基于力阻抗控制策略,调节位置、速度和关节;为改善奇异位形情况,在奇异位形附近关节角速度指令直接由各个关节力矩阻尼控制得到,实现角速度精准输出,完成系统控制;由实验结果可知,该系统直线运动位置、旋转关节位置和伸缩关节位置跟踪结果与标准值基本一致,满足系统设计需求.

摘要： 对旋转机器人的机械手臂进行奇异位形分析。首先,运用D-H参数方法构建与该机械手臂对应的坐标系图,并建立相应的运动学模型,进而求得其正运动方程;然后,根据机械臂正运动方程构造与之对应的雅可比矩阵,之后对机械臂进行分析,从而求出该机械手臂所有可能出现奇异状态的情形;最后,运用MATLAB ROBOT TOOLBOX对机械手臂的奇异情形进行仿真及验证。分析结果表明,主要存在3种奇异位形,以及3种奇异情形之间的组合情况,不仅预判出所有可能会发生奇异位形的情况,也验证了前期奇异位形求解结果的正确性,为后期机械臂运动路线规划,以及实现对奇异点的规避奠定了基础。

摘要： 针对并联机构运动过程中普遍存在的耦合问题,以一种具有三自由度的3-RRR低耦合度平面并联机构为实例,利用有序单开链法原理对该机构的拓扑结构、耦合度以及位置进行分析,基于SolidWorks软件绘制该机构的3D动态模型,利用该动态模型直观、清晰地分析机构在不同运动状态下的奇异位形,并获得了运动奇异产生的几何条件.通过MATLAB对机构运动学进行仿真分析,获得该机构的速度、加速度曲线,对3-RRR并联机构运动学分析具有较好的辅助作用.

摘要： 在本文种指出了Stewart平台的奇异位形存在的条件,通过矩阵分析法和瞬时运动法对所设计的步行机器人并联腿机构的奇异位形进行了分析.

摘要： 利用机构尺寸型空间模型理论分析和研究了平面二自由度并联机构的运动特性,给出了机构运动学正反解.利用机构的雅可比矩阵研究了机构存在的三种类型的奇异位形及奇异位形形式与机构尺寸的关系;分析了机构尺寸型与机构各杆相对尺寸的关系.得到了各杆不同相对尺寸下的五种尺寸形.为这类机构设计开发和选型提供了基础理论.

摘要： 一般来说，并联机构驱动副的选择方案并不是唯一的，但已有的选取原则只能定性判断不同方案的优劣。类比机构的可操作性，本文以一个七杆机构为例提出了机构可驱动性的概念，利用此概念可定量判断不同驱动副选择方案的优劣，体现为可驱动性系数的大小，表现为驱动副输入速度的范围。此外，可驱动性的概念还能够用于研究冗余机构和机构的奇异位形。

摘要： 通过建立球面五杆机构的运动学模型,推导了机构运动学正解和运动学反解的解析表达式,分析了球面五杆机构的装配模式和工作模式.基于机构的运动学模型,导出了球面五杆机构的雅可比矩阵,并讨论了机构的奇异位形条件.最后基于机构运动学正解存在条件对球面五杆机构的工作空间进行分析.

摘要： 本文研究了六自由度机器人通过奇异位形时的新型轨迹控方法.机器人通过奇异位形时,工作空间内微小的运动,会引起关节速度趋向无穷大,导致机器人失去控制.本方法应用线几何理论和反螺旋理论,通过识别机器人线性相关的关节轴线和工作空间的不可行运动,对相应Jacobian矩阵的行和列进行重新整合,使机器人在奇异点附近工作空间可行运动与关节运动仍保持一一对应关系,从而得到机器人的精确轨迹控制.应用上述方法对MOTOMAN机器人做了实例分析,结果证明了其有效性.

摘要： 将机器人的奇异位形运动性质与机器人的工作空间分析相结合,提出了机器人工作空间的一般解析方法.该方法以曲面分析为基础,基于位置正解分析得到了机器人工作空间边界曲面的方程.以二重八面体变几何桁架机器人和6-SPS并联机器人为例,分析计算了其工作空间,描绘出了工作空间边界曲面的投影视图及截面曲线图.该方法是机器人工作空间分析的一种简便、精确、高效的计算方法.

摘要： 设计了一种以平面五杆机构为主体的新型平板玻璃周边磨削机床.通过对五杆机构雅可比矩阵的分析,提出了避免机床在工作时出现奇异位形的方法.以"PC+运动控制卡"为硬件平台,设计并开发了五杆机床的数控系统和高性能的数控软件.

摘要： 提出了一种串联机器人鲁棒性逆解新方法.该方法将机器人在奇异位形时Jacobian矩阵降铁处理,得到了一种简单、通用的算法.通过对PUMA机器人仿真分析,证明了该方法的有效性.

摘要： 本文提出了一种求解六关节机器人奇异形问题的系统方法。文章通过判断奇异位形时线性相关的关节轴线和操作空间的不可行运动,对相应Jacobian矩阵进行降秩处理,使机器人在奇异点附近仍能获得精确的轨迹控制。

摘要： 3-(R)UU机构为一种典型的对称少自由度并联机构。本文借助对偶螺旋理论,分别建立了3-(R)UU机构的约束子雅可比矩阵与驱动子雅可比矩阵,获得了该机构的完整雅可比矩阵,并根据矩阵行列式的性质,对该机构的运动学奇异性进行了研究,为后续的尺度综合与静刚度设计奠定了基础。

摘要： 通过修正奇异位移分量消除褶皱计算时刚度矩阵奇异性的方法，它涉及的是薄膜结构力学和结构屈曲分析的技术领域，解决现有的褶皱计算方法不能有效的消除刚度矩阵奇异性以及无法准确引入和及时消除皱曲模态对后皱曲特性的影响的问题。本发明所述的方法：首先引入修正参数获取真实位移解，并确定奇异位移分量；然后在皱曲临界点处引入皱曲模态等式、皱曲临界点处皱曲模态对应的载荷消除后的关系等式及奇异位移解存在条件等式后，得到非奇异位移解，通过修正奇异位移解进而消除皱褶计算时刚度矩阵的奇异性。本发明实现了在褶皱计算时通过修正奇异位移分量来修正刚度矩阵的奇异性，本发明用于薄膜结构的褶皱计算。

摘要： 通过修正奇异位移分量消除褶皱计算时刚度矩阵奇异性的方法，它涉及的是薄膜结构力学和结构屈曲分析的技术领域，解决现有的褶皱计算方法不能有效的消除刚度矩阵奇异性以及无法准确引入和及时消除皱曲模态对后皱曲特性的影响的问题。本发明所述的方法：首先引入修正参数获取真实位移解，并确定奇异位移分量；然后在皱曲临界点处引入皱曲模态等式、皱曲临界点处皱曲模态对应的载荷消除后的关系等式及奇异位移解存在条件等式后，得到非奇异位移解，通过修正奇异位移解进而消除皱褶计算时刚度矩阵的奇异性。本发明实现了在褶皱计算时通过修正奇异位移分量来修正刚度矩阵的奇异性，本发明用于薄膜结构的褶皱计算。

摘要： 本发明公布了一种不存在奇异位形基于液压直接驱动的三自由度球型手腕，包括固定块，角度传感器，液压马达，转动盘，转动圆环和转动半圆环，其中：固定块用于固定第一级液压马达；转动盘通过轴承与固定块转动连接，转动盘与第一级液压马达之间通过齿轮传动；转动圆环与转动盘之间通过轴承转动连接，第二级液压马达和角度传感器固定在转动圆环内侧，第二级液压马达的轴穿过轴承内圈与转动盘固定连接；转动半圆环与转动圆环之间的连接方式和转动圆环与转动盘之间的连接方式相同。本发明提出的液压驱动三自由度球型手腕运动过程中不存在奇异位形，不需要使用高精密减速器，具有结构简单紧凑、功率密度大、负载/自重比高、承载能力强等一系列优点。

摘要： 本发明提出了一种解决外骨骼机器人肩关节奇异位形问题的方法，首先在肘关节处增设肘套与力传感器的方式来检测肢体的运动意图，外骨骼肱骨后段构件由一根杆件与一个环形轴承内环构成，在该轴承内环的内壁加装一个与其同心的肘套，并在环形轴承与肘套二者之间等距安装四个压力传感器用于检测来自任意方向的正压力；传感器测量两组正交分力值的大小以求解出合力矢量f的大小与方向；驱动电机A，通过控制外骨骼肩关节L型摇臂带动外骨骼肱骨前段转动到与力f的方向垂直的位置，同时，电机C与电机A同步反向转动，以保持外骨骼肱骨后段的姿态不变；随着电机B驱动外骨骼肱骨前段转动，电机C轴线不再与电机A的轴线重合，肩关节不再处于奇异位形。

摘要： 本发明公开了一种无奇异位形的对称并联机构，包括动平台、作为机架的定平台和连接动平台与定平台的四条运动链，四条运动支链包括连接动平台中心位置与定平台中心位置的一条恰约束链以及三条完全相同的运动支链，三条运动支链关于恰约束链中心对称分布，通过在恰约束链上添加或不添加转动副，使得并联机构分别具有三自由度和四自由度，两种自由度的并联机构都具有结构对称、不存在奇异位形的特点，本发明能够应用在运动模拟器、望远镜副镜支撑机构、机械手腕、坐标测量机、微操作机器人和机床主轴头等领域，具有广泛应用前景。

摘要： 本发明属于机械臂奇异位形判断领域，具体涉及一种六自由度机械臂奇异位形的快速判断方法。本发明包括：从六自由度机械臂的角度编码器中读取六个关节的当前角度值；判断六个关节角是否都没超出自身的实际运动范围；判断第3个关节角；判断第2个关节角；判断第5个关节角。本发明提出的方法将平面几何法应用于机械臂奇异位形的判断中。理论上本发明提出的方法是没有误差的，这能够保证该类六自由度机械臂奇异位形的判断精度，而且该发明提出的判断过程相比于求取雅可比矩阵的奇异值要简单许多，这能够保证该类六自由度机械臂奇异位形的判断速度。

摘要： 本发明公布了一种不存在奇异位形基于液压直接驱动的三自由度球型手腕，包括固定块，角度传感器，液压马达，转动盘，转动圆环和转动半圆环，其中：固定块用于固定第一级液压马达；转动盘通过轴承与固定块转动连接，转动盘与第一级液压马达之间通过齿轮传动；转动圆环与转动盘之间通过轴承转动连接，第二级液压马达和角度传感器固定在转动圆环内侧，第二级液压马达的轴穿过轴承内圈与转动盘固定连接；转动半圆环与转动圆环之间的连接方式和转动圆环与转动盘之间的连接方式相同。本发明提出的液压驱动三自由度球型手腕运动过程中不存在奇异位形，不需要使用高精密减速器，具有结构简单紧凑、功率密度大、负载/自重比高、承载能力强等一系列优点。

摘要： 本发明提出了一种解决外骨骼机器人肩关节奇异位形问题的方法，首先在肘关节处增设肘套与力传感器的方式来检测肢体的运动意图，外骨骼肱骨后段构件由一根杆件与一个环形轴承内环构成，在该轴承内环的内壁加装一个与其同心的肘套，并在环形轴承与肘套二者之间等距安装四个压力传感器用于检测来自任意方向的正压力；传感器测量两组正交分力值的大小以求解出合力矢量f的大小与方向；驱动电机A，通过控制外骨骼肩关节L型摇臂带动外骨骼肱骨前段转动到与力f的方向垂直的位置，同时，电机C与电机A同步反向转动，以保持外骨骼肱骨后段的姿态不变；随着电机B驱动外骨骼肱骨前段转动，电机C轴线不再与电机A的轴线重合，肩关节不再处于奇异位形。

摘要： 本发明公开了一种无奇异位形的对称并联机构，包括动平台、作为机架的定平台和连接动平台与定平台的四条运动链，四条运动支链包括连接动平台中心位置与定平台中心位置的一条恰约束链以及三条完全相同的运动支链，三条运动支链关于恰约束链中心对称分布，通过在恰约束链上添加或不添加转动副，使得并联机构分别具有三自由度和四自由度，两种自由度的并联机构都具有结构对称、不存在奇异位形的特点，本发明能够应用在运动模拟器、望远镜副镜支撑机构、机械手腕、坐标测量机、微操作机器人和机床主轴头等领域，具有广泛应用前景。

摘要： 本发明属于机械臂奇异位形判断领域，具体涉及一种六自由度机械臂奇异位形的快速判断方法。本发明包括：从六自由度机械臂的角度编码器中读取六个关节的当前角度值；判断六个关节角是否都没超出自身的实际运动范围；判断第3个关节角；判断第2个关节角；判断第5个关节角。本发明提出的方法将平面几何法应用于机械臂奇异位形的判断中。理论上本发明提出的方法是没有误差的，这能够保证该类六自由度机械臂奇异位形的判断精度，而且该发明提出的判断过程相比于求取雅可比矩阵的奇异值要简单许多，这能够保证该类六自由度机械臂奇异位形的判断速度。