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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
1
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。
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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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职称材料
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
2
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。
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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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职称材料
基于几何代数的平面3-RRR并联机构性能评估与优化设计
3
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。
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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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职称材料
题名
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
1
作者
李秦川
朱立文
史东豪
杨辰光
机构
浙江理工大学机械工程学院
华南理工大学自动化科学与工程学院
出处
《农业机械学报》
北大核心
2025年第6期723-734,共12页
基金
浙江省国际合作技术研发与示范推广项目(2021C04017)。
文摘
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。
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
Keywords
redundant serial robot
Cartesian stiffness optimization
motion/force transmission index
geometrical shaping
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
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
2
作者
王耀军
金翔
机构
浙江机电职业技术大学自动化学院
浙江理工大学机械工程学院
出处
《机电工程》
CAS
北大核心
2024年第11期2029-2040,2118,共13页
基金
国家留学基金资助项目(201708330573)
浙江机电职业技术大学科教融合重大研发孵化课题(A-0271-22-102)。
文摘
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。
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
Keywords
parallel mechanism
cable-driven parallel robots
performance evaluation index
dimensional synthesis problem
motion/force transmission performance index
kinematically accessible workspace
permissible mechanism attitude angle
分类号
TH112 [机械工程—机械设计及理论]
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于几何代数的平面3-RRR并联机构性能评估与优化设计
3
作者
柴馨雪
郑孙鸟
栗园园
徐灵敏
李秦川
机构
浙江理工大学机械工程学院
出处
《农业机械学报》
2025年第8期704-715,共12页
基金
浙江省自然科学基金项目(LMS25E050002)
国家自然科学基金项目(52205023)
+4 种基金
机械系统与振动国家重点实验室课题项目(MSV202314)
中国科协青年人才托举工程项目(2023QNRC001)
浙江理工大学科研启动基金项目(24242189-Y)
高端重载机器人全国重点实验室开放课题(HHR2024010215)
浙江理工大学科研业务费专项资金项目(25242161-Y)。
文摘
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。
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
Keywords
parallel manipulator
geometric algebra
motion/force transmission index
virtual-work stiffness index
optimal design
分类号
TH112 [机械工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
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
李秦川
朱立文
史东豪
杨辰光
《农业机械学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于运动/力传递性能的索并联机器人尺度综合研究
王耀军
金翔
《机电工程》
CAS
北大核心
2024
1
在线阅读
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职称材料
3
基于几何代数的平面3-RRR并联机构性能评估与优化设计
柴馨雪
郑孙鸟
栗园园
徐灵敏
李秦川
《农业机械学报》
2025
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职称材料
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