基于运动/力传递指标的冗余串联机器人笛卡尔刚度优化控制

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作者 李秦川 朱立文 +1 位作者 史东豪 杨辰光 《农业机械学报》 北大核心 2025年第6期723-734,共12页

冗余串联机器人具有工作空间大、动态特性好等优点,广泛用于人机协作。由于人机协作具有场景非结构化、工作任务多样化等特点,为保障交互安全性,需要对机器人末端刚度进行控制。针对常用的刚度规划算法存在功率传递效率低且计算效率低... 冗余串联机器人具有工作空间大、动态特性好等优点,广泛用于人机协作。由于人机协作具有场景非结构化、工作任务多样化等特点,为保障交互安全性,需要对机器人末端刚度进行控制。针对常用的刚度规划算法存在功率传递效率低且计算效率低等问题,本文提出一种基于运动/力传递性能笛卡尔刚度规划器。其采用顺序最小二乘优化算法计算机器人工作轨迹,引入局部传递指标以提升轨迹中的功率传递效率,同时通过基于刚度椭球的几何成型法降低优化目标复杂度,通过拓展臂角描述法降低优化空间维度,提升优化算法计算效率,减少计算资源占用。基于Matlab的Simulink平台进行仿真验证,结果证明基于几何成型法的高效轨迹规划器对于机器人笛卡尔轨迹的不变性,并基于Franka Panda冗余串联机器人平台进行实验验证,结果证明该规划器实现机器人末端期望刚度方向的可行性。 展开更多

关键词 冗余串联机器人 笛卡尔刚度优化 运动/力传递指标 几何成型方法

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基于运动/力传递性能的索并联机器人尺度综合研究 被引量：1

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作者 王耀军 金翔 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第11期2029-2040,2118,共13页

索并联机器人使用柔性绳替代传统并联机器人的刚性连杆,以控制末端动平台,在搬运、医疗康复等领域得到了广泛应用。为了解决索并联机器人设计过程中存在的尺度综合问题,对索并联机器人的性能评估指标进行了研究。首先,根据螺旋理论确定... 索并联机器人使用柔性绳替代传统并联机器人的刚性连杆,以控制末端动平台,在搬运、医疗康复等领域得到了广泛应用。为了解决索并联机器人设计过程中存在的尺度综合问题,对索并联机器人的性能评估指标进行了研究。首先,根据螺旋理论确定了索并联机器人驱动输入与运动输出的运动/力传递关系,并提出了局部运动/力传递性能指标,评估了其在指定工作空间下的全局运动/力传递性能;然后,借助空间模型法,得到了索并联机器人在参数设计空间的性能图谱,并基于参数设计空间的性能图谱,对索并联机器人进行了尺度综合,以得到优化后的尺寸参数;最后,采用了平面3自由度索并联机构的试验样机,对运动学可达工作空间进行了试验验证,试验了得到了优化尺寸参数下的运动可达工作空间。研究结果表明:利用尺度综合方法优化后的机构允许姿态角达到|θ|≤60°的工作空间,占总工作空间的95.1%,可达工作空间提高了29.4%;优化后机构姿态角达到|θ|≤80°的工作空间,占总工作空间的67.3%,可达工作空间提高了81.3%;优化后允许机构姿态角达到|θ|=80°的工作空间,占总工作空间的14.5%,可达工作空间提高了172%。因此,对运动/力传递性能尺寸参数进行优化,可避免索并联机器人工作空间内的奇异位形,满足绳索单向力传递的特性要求,可在索并联机器人设计中作为尺度综合的依据。 展开更多

关键词 并联机构 索并联机器人 性能评估指标 尺度综合问题 运动/力传递性能指标 运动学可达工作空间 允许机构姿态角

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新型并联机床的力/运动传递各向同性性能及其分布 被引量：3

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作者 金振林 高峰 《机床与液压》 北大核心 2001年第4期47-49,共3页

以并联机器人机构为原型的并联机床 ,其力 /运动传递各向同性性能是随其运动平台的位姿变化而变化的。本文应用并联机器人机构学理论 ,提出基于 6 -SPS并联三维平台机构的新型 6自由度并联机床的力 /运动传递各向同性性能评价指标 ,并... 以并联机器人机构为原型的并联机床 ,其力 /运动传递各向同性性能是随其运动平台的位姿变化而变化的。本文应用并联机器人机构学理论 ,提出基于 6 -SPS并联三维平台机构的新型 6自由度并联机床的力 /运动传递各向同性性能评价指标 ,并给出这些指标在定位姿工作空间内的分布情况 ,这对该结构形式的并联机床的设计及其任务规划和控制有重要意义。 展开更多

关键词 并联机床 并联三维平台机构 力/运动传递各向同性 数控机床

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一种并/混联汽车电泳涂装输送机构运动/力传递效率性能分析 被引量：2

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作者 朱明星 高国琴 +1 位作者 吴军 陈太平 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第18期2152-2160,共9页

针对一种新型汽车电泳涂装输送机构,提出一种表征并/混联式输送机构输入输出端之间的运动/力传递效率的分析评价方法。首先采用旋量形式导出输送机构的运动学和动力学,再根据旋量的Klein型即李代数e(3)的双线性形式,建立了以输送机构末... 针对一种新型汽车电泳涂装输送机构,提出一种表征并/混联式输送机构输入输出端之间的运动/力传递效率的分析评价方法。首先采用旋量形式导出输送机构的运动学和动力学,再根据旋量的Klein型即李代数e(3)的双线性形式,建立了以输送机构末端执行器的瞬时运动功率与输入端瞬时运动功率的比值作为表征机构输入输出的运动/力瞬时传递效率的瞬态分析评价指标。基于所提出的分析评价方法,得出机构在三种典型期望运动轨迹下从输入端到输出端的运动/力瞬时传递效率随时间变化的曲线,并求得其运动/力平均传递效率。最后利用MATLAB软件对机构进行实例仿真,仿真结果表明了评价指标的合理性和有效性。 展开更多

关键词 性能指标 旋量理论 输送机构 运动/力传递效率

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弱撞击式对接机构力传递及运动性能分析与优化 被引量：4

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作者 张玲瑄 邵济明 +1 位作者 邹怀武 张崇峰 《载人航天》 CSCD 2015年第5期462-467,共6页

为提高弱撞击式对接机构的静态力传递特性及运动灵巧性,分析了弱撞击式对接机构的力输出特性,建立了综合对接机构运动学性能及力传递性能的优化模型,结合对接机构的运动灵巧空间对其基本结构布局参数进行了优化,并且分析得出弱撞击式对... 为提高弱撞击式对接机构的静态力传递特性及运动灵巧性,分析了弱撞击式对接机构的力输出特性,建立了综合对接机构运动学性能及力传递性能的优化模型,结合对接机构的运动灵巧空间对其基本结构布局参数进行了优化,并且分析得出弱撞击式对接机构单支杆驱动力指标。研究结果可为弱撞击式对接机构的设计与技术应用提供依据。 展开更多

关键词 弱撞击式对接机构 力传递稳定性 运动灵巧度 结构参数优化

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3-PRC并联机器人机构运动和力传递性能分析 被引量：3

6

作者 周斌兴 《机械设计》 CSCD 北大核心 2009年第12期29-31,共3页

以3平移自由度3-PRC并联机器人机构为研究对象,建立了机构的运动方程;基于速度与力可操作椭球,建立运动与力各向同性评价指标,度量机构在操作空间给定位置处运动与力的传递性能;以速度和力方向可操作度为评价指标,度量机构在操作空间沿... 以3平移自由度3-PRC并联机器人机构为研究对象,建立了机构的运动方程;基于速度与力可操作椭球,建立运动与力各向同性评价指标,度量机构在操作空间给定位置处运动与力的传递性能;以速度和力方向可操作度为评价指标,度量机构在操作空间沿指定方向运动与力的传递能力。结果表明,3-PRC并联机器人机构在操作空间具有良好的运动与力的传递性能。 展开更多

关键词 并联机构 运动传递性能 力传递性能

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摇摆运动下低流率蒸汽冷凝换热特性和气泡受力数值模拟

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作者 罗正航 李敬宇 +2 位作者 陈伟雄 种道彤 严俊杰 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2800-2811,共12页

蒸汽直接接触冷凝具有高效的传热传质性能,广泛应用于核能安全等领域。低质量流率蒸汽直接接触冷凝具有低频压力振荡,易引发设备共振。相比陆地稳定工况,海洋条件下摇摆运动可能加剧气液界面振荡,进一步影响设备的安全运行。为此,通过... 蒸汽直接接触冷凝具有高效的传热传质性能,广泛应用于核能安全等领域。低质量流率蒸汽直接接触冷凝具有低频压力振荡,易引发设备共振。相比陆地稳定工况,海洋条件下摇摆运动可能加剧气液界面振荡,进一步影响设备的安全运行。为此,通过数值模拟对摇摆条件下低流率蒸汽凝结过程进行研究,分析了摇摆条件下压力、换热特性和气泡受力的变化规律,结果表明压力和传热系数剧烈波动主要集中于气泡颈缩和脱离阶段,此时气泡受力也达到最大值,气泡主要受惯性力和凝结力作用。此外,对比静止工况和摇摆工况,发现摇摆条件下由气泡速度变化导致的惯性力部分增大,摇摆运动带来的附加摇摆速度强化了气液界面的换热性能,平均传热系数远高于静止工况。 展开更多

关键词 蒸汽直接接触冷凝 气泡受力 气液两相流 计算流体力学 传递过程 摇摆运动

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基于力信息获取处理对运动员综合测试平台的开发和研究 被引量：1

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作者 唐毅 葛运建 +1 位作者 张建军 袁红艳 《传感技术学报》 CAS CSCD 2003年第3期272-276,共5页

在分析了人体运动的力学传递关系的基础上 ,提出了一种基于力信息的运动员运动综合测试平台 ,解决了运动员运动的生物力学多目标多参数综合获取的难题 ,该平台具有很好的扩展性并提供了统一的控制与数据规范 ,大大减少了综合测试的工作... 在分析了人体运动的力学传递关系的基础上 ,提出了一种基于力信息的运动员运动综合测试平台 ,解决了运动员运动的生物力学多目标多参数综合获取的难题 ,该平台具有很好的扩展性并提供了统一的控制与数据规范 ,大大减少了综合测试的工作量 ,并为后续研究奠定了良好的基础。 展开更多

关键词 人体运动 力信息获取 生物力学 生物力学信息 力学传递关系

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运动生物力学进展及其面临的若干基本问题 被引量：2

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作者 李建设 《中国体育科技》 北大核心 2001年第6期2-2,共1页

关键词 物理学 生物学 运动生物力学 运动技能 肌力 肌电 力学传递函数

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4-SPRR-SPR并联机构运动性能评价与尺寸优化 被引量：2

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作者 郭强 崔国华 +1 位作者 鱼海东 程禛溢 《农业装备与车辆工程》 2021年第3期1-5,共5页

以一种空间五自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,结合实际应用工况对其进行运动性能评价与尺寸优化。建立并联机构的运动性能评价指标——运动/力传递性能,基于螺旋理论求解机构的输入螺旋、输出螺旋和传递力螺旋,并将其从局部坐标系... 以一种空间五自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,结合实际应用工况对其进行运动性能评价与尺寸优化。建立并联机构的运动性能评价指标——运动/力传递性能,基于螺旋理论求解机构的输入螺旋、输出螺旋和传递力螺旋,并将其从局部坐标系进行坐标统一,通过增广矩阵法,得到机构的单位输出运动螺旋。将该并联机构作为搅拌摩擦焊机器人的主进给机构,并以焊接汽车铝合金轮毂为例,以优质工作空间(GTW)、全域传递指标(GTI)作为优化目标,基于遗传算法求解并联机构的尺寸最优值,绘制LTI性能图谱。研究结果表明,优化后的机构不仅其优质工作空间GTW明显增大,出现0.9的区域,而且全域传递指标GTI也得到相应的提高。 展开更多

关键词 并联机构 运动/力传递性能 性能评价 尺寸优化

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基于鸭式布局的有控弹药攻角运动仿真研究 被引量：4

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作者 李岩 王中原 +1 位作者 易文俊 陈洋 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期242-246,共5页

为了研究鸭式布局有控弹药控制过程中攻角变化的动态过程,寻求合理的舵控方式,以一对鸭舵控制的炮弹为例,引入常用的舵控波形,建立了六自由度刚体有控弹道模型,研究了鸭舵控制对复攻角运动的影响,推导了简化的控制传递函数,用于分析各... 为了研究鸭式布局有控弹药控制过程中攻角变化的动态过程,寻求合理的舵控方式,以一对鸭舵控制的炮弹为例,引入常用的舵控波形,建立了六自由度刚体有控弹道模型,研究了鸭舵控制对复攻角运动的影响,推导了简化的控制传递函数,用于分析各弹道特征点上气动参数变化带来的影响。数值计算和MATLAB建模仿真表明,采用最大周期平均力时鸭舵的控制效率最高,但也会引起攻角的强烈震荡,不适于弹药稳定性要求较高的情形。 展开更多

关键词 鸭舵 弹道模型 攻角运动 传递函数 周期平均力

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一种含子闭环并联机构的四自由度并联机构及尺度优化

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作者 唐博文 邵华 冯洋洋 《机床与液压》 北大核心 2025年第15期9-16,共8页

四自由度并联机构作为一类典型并联机构,其构型设计创新及运动学性能提升是值得探讨的问题。针对这两点,提出一种由两级组成的3T1R四自由度并联机构,其中第一级为两个对称竖直放置的P-Pa-RRR两自由度平面并联机构;第二级中每个第一级机... 四自由度并联机构作为一类典型并联机构,其构型设计创新及运动学性能提升是值得探讨的问题。针对这两点,提出一种由两级组成的3T1R四自由度并联机构,其中第一级为两个对称竖直放置的P-Pa-RRR两自由度平面并联机构;第二级中每个第一级机构的末端通过一个(SR)2支链与动平台两端相连,从而实现X、Y、Z三维平动以及绕Y轴旋转。利用机构在Y、Z方向解耦的特点,通过几何分析和闭环矢量法对机构进行运动学分析,得到机构的位置解析解。采用力/运动传递指标对机构进行尺度参数优化,针对机构参数较多的问题,提出分级优化的方法,将第一级P-Pa-RRR并联机构作为第一级优化目标,第二级2-(SR)2机构作为第二级优化目标。该方法有效提高了优化过程中的计算效率。最后,对优化结果进行展示与分析。通过与预设的一组机构杆长参数的运动学性能进行对比发现,优化后机构末端的运动性能传递得到较大提高。 展开更多

关键词 并联机构 子闭环 运动/力传递性能 尺度优化 四自由度

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含恰约束支链的冗余驱动并联机构性能分析 被引量：6

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作者 张海强 房海蓉 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期133-138,共6页

针对航空航天领域大型异构件复杂曲面的高速铣削加工的任务要求,提出了一种新型1T2R的三自由度含恰约束支链的冗余驱动4-PUS-UP并联机构.对并联机构进行运动学位置逆解,求该机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,进而构建量纲一致的雅... 针对航空航天领域大型异构件复杂曲面的高速铣削加工的任务要求,提出了一种新型1T2R的三自由度含恰约束支链的冗余驱动4-PUS-UP并联机构.对并联机构进行运动学位置逆解,求该机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,进而构建量纲一致的雅可比矩阵.引入条件数、运动/力传递性能和刚度性能评价指标.通过算例绘制3-PUS-UP并联机构和该冗余驱动并联机构的性能分布图,并计算全域性能指标.结果表明:该冗余驱动并联机构的运动学性能优于3-PUSUP并联机构,具有更好的工程应用前景. 展开更多

关键词 并联机构 雅可比矩阵 条件数 运动/力传递性能 刚度

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单自由度平面六杆手指机构解域综合方法 被引量：1

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作者 韩建友 蔡营疆 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期367-373,共7页

为适应机器人手指多用途、多尺寸的设计要求,提出一种基于单自由度平面六杆机构解域的手指机构设计综合方法。根据平面六杆机构4个给定的运动位置可得到无穷多机构解,将这些机构解表示在一个平面域上,该域称为解域。本文给定平面六杆机... 为适应机器人手指多用途、多尺寸的设计要求,提出一种基于单自由度平面六杆机构解域的手指机构设计综合方法。根据平面六杆机构4个给定的运动位置可得到无穷多机构解,将这些机构解表示在一个平面域上,该域称为解域。本文给定平面六杆机构的4个运动位置,限制待求铰链点的坐标范围,通过给出的铰链点曲线求解方法,得到铰链点解曲线和可行段,对可行段进行分段,得到解域,在此基础上,引入力传递性能指标K,限定其范围,对解域进行进一步的筛选,得到新的可行解域,并得到K在解域上的分布规律,最终可在新解域中选择满足全部条件的机构作为机构解。K值的引入使得所得的机构具有较好的力学性能。解域上的每一点均为满足要求的平面六杆机构,可根据设计的目的(如仿生手指、康复手指等)选择不同的机构进行手指的设计。从新可行解域中选择一个机构设计手指样机,该样机证明了所提出方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 解域 手指 平面六杆机构 力传递性能指标

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基于几何代数的平面3-RRR并联机构性能评估与优化设计

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作者 柴馨雪 郑孙鸟 +2 位作者 栗园园 徐灵敏 李秦川 《农业机械学报》 2025年第8期704-715,共12页

为使平面3-RRR并联机构满足多样的工作环境,本文基于几何代数对该机构进行性能评估和优化设计。基于闭环矢量法建立平面3-RRR并联机构运动学模型。以几何代数为数学工具,分析平面3-RRR并联机构局部和全局运动/力传递性能;考虑分支杆件柔... 为使平面3-RRR并联机构满足多样的工作环境,本文基于几何代数对该机构进行性能评估和优化设计。基于闭环矢量法建立平面3-RRR并联机构运动学模型。以几何代数为数学工具,分析平面3-RRR并联机构局部和全局运动/力传递性能;考虑分支杆件柔性,结合应变能方法对平面3-RRR并联机构进行弹性静刚度建模,通过ANSYS软件进行验证,并基于刚度矩阵确定局部和全局虚功刚度指标。基于参数无量纲优化方法,以全局运动/力传递性能指标、刚度指标和可达工作空间为目标,对机构进行尺度优化设计,并分析关键尺度参数对机构性能的影响,从而获得平面3-RRR并联机构在不同工作环境下的最优结构尺度与性能图谱。研究结果可为并联机构样机设计提供参考。 展开更多

关键词 并联机构 几何代数 运动/力传递指标 虚功刚度指标 优化设计

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基于UPS-RPU-PU并联机构的液压支架试验台多目标优化 被引量：6

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作者 彭斯洋 程志红 +2 位作者 车林仙 黄鑫 崔松 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2683-2694,共12页

提出一种非对称1T2R型UPS-RPU-PU并联机构,并基于该机构设计一种新型液压支架试验台,以期为解决现有试验台面临的技术难题提供新思路。应用矢量方程法推导出并联机构位置逆解方程;采用方位角和倾摆角描述机构偏置式动平台输出轴的姿态... 提出一种非对称1T2R型UPS-RPU-PU并联机构,并基于该机构设计一种新型液压支架试验台,以期为解决现有试验台面临的技术难题提供新思路。应用矢量方程法推导出并联机构位置逆解方程;采用方位角和倾摆角描述机构偏置式动平台输出轴的姿态。以螺旋理论为数学工具,建立机构运动/力传递性能指标的解析数学模型。在此基础上,给出优质传递姿态工作空间(GTOW)、全域传递性能指标(GTI)及其波动性能指标的定义和计算方法。依据液压支架加载试验实际需求,建立并联加载装置尺度参数昂贵约束多目标优化模型。采用第2代非支配排序遗传算法(NSGA-II)求得多组Pareto最优解,以供工程设计备选。选择综合性能较优的一组折中解,设计新型液压支架试验台虚拟样机,并利用ANSYS进行3种典型工况下的仿真试验。研究结果表明:基于并联机构的新型试验台具有良好的运动性能和静态特性,可为进一步开展模型样机研制和试验提供理论指导。 展开更多

关键词 液压支架试验台 并联机构 运动/力传递性能 优质传递姿态工作空间 多目标优化

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