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3-PRS并联机构动力学解耦与控制研究
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作者 黄俊杰 皇甫晨豪 +5 位作者 张家齐 蔡江坤 李世锴 刘志忠 闫勇刚 陈国强 《农业机械学报》 北大核心 2025年第6期735-744,共10页
针对3-PRS并联机构耦合性强、干扰难以控制等问题,对该机构进行动力学解耦与控制。首先建立机构逆向运动学模型,推导出末端动平台位姿与输入滑块高度间的运动方程;分析机构中各运动构件动能和势能,得出机构拉格朗日动力学方程,分析在无... 针对3-PRS并联机构耦合性强、干扰难以控制等问题,对该机构进行动力学解耦与控制。首先建立机构逆向运动学模型,推导出末端动平台位姿与输入滑块高度间的运动方程;分析机构中各运动构件动能和势能,得出机构拉格朗日动力学方程,分析在无重力环境以及正常重力环境中驱动力对末端动平台位姿的影响,并进行理论模型与数值仿真对比,其结果验证了动力学模型一致性和正确性;构建面向逆向动力学模型状态空间方程,研究3-PRS并联机构李导数表达式,实现状态空间方程反馈线性化解耦,并对状态空间解耦模型进行仿真,搭建3-PRS并联机构实验平台,验证了提出方法的有效性;基于完全解耦与积分滑模设计3-PRS并联机构控制器,仿真实验验证了该控制器的有效性。结果表明,设计的控制器不仅能够解耦其动力学模型,且在干扰、输入驱动力为时变情况下能够跟踪预期轨迹,具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 3-PRS并联机构 逆向动力学 反馈线性化 积分滑模
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3-PRS并联机构工作空间求解的SimMechanics实现 被引量:8
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作者 郝亮亮 李虹 李瑞琴 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第11期63-65,共3页
3-PRS空间并联机构是2R1T的3自由度机构,由于该空间机构运动的复杂性,故对其工作空间的研究意义重大。以3-PRS并联机构的逆运动学为基础,运用Matlab中的Sim Mechanics功能模块绘制其结构框图,建立该机构的三维实体模型;然后利用数值实... 3-PRS空间并联机构是2R1T的3自由度机构,由于该空间机构运动的复杂性,故对其工作空间的研究意义重大。以3-PRS并联机构的逆运动学为基础,运用Matlab中的Sim Mechanics功能模块绘制其结构框图,建立该机构的三维实体模型;然后利用数值实例根据滑杆的行程限制条件以及球面副和转动副的转角约束条件采用运动仿真法编程得出了3-PRS并联机构的工作空间。结果表明,该机构的工作空间具有对称性,且内部无空洞,为3-PRS并联机构进一步研究优化设计、控制研究等奠定了一定的理论基础。 展开更多
关键词 仿真法 3-PRS 并联机构 工作空间
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具有四角平台的3-RPC机构的动力学性能指标分析
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作者 王键闻 岳扩明 +2 位作者 郭希娟 杜雄 杨育林 《机械设计与制造》 北大核心 2010年第9期160-162,共3页
利用位置反解分析3-RPC并联机构的空间位形,然后利用虚设机构法求出机构的影响系数矩阵,采用影响系数法和微分法分别求出机构的输入速度和输入加速度的仿真曲线,验证了影响系数矩阵的正确性。对全新的3-RPC3自由度并联机构进行速度、加... 利用位置反解分析3-RPC并联机构的空间位形,然后利用虚设机构法求出机构的影响系数矩阵,采用影响系数法和微分法分别求出机构的输入速度和输入加速度的仿真曲线,验证了影响系数矩阵的正确性。对全新的3-RPC3自由度并联机构进行速度、加速度指标分析,给出两项指标的性能图谱。改变机构尺寸,搜索3-RPC并联机构在不同机构尺寸下的工作空间,在可达工作空间内讨论机构尺寸变化对机构性能的影响,重点讨论Jacobian矩阵和Hessian矩阵对机构加速度性能的影响程度。最后利用Opengl软件对机构进行模型仿真。 展开更多
关键词 3-rpc并联机构 动力学性能指标 影响系数矩阵 模型仿真
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基于SimMechanics的高速3-RRR并联机构动力学分析与控制 被引量:5
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作者 叶芳林 胡俊峰 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第2期157-159,162,共4页
为了满足3-RRR并联机构在工业应用中高速操作,研究其在高速运动中的动力学行为和控制。采用SimMechanics建立3-RRR并联机构的动力学模型,基于该模型对其进行动力学分析。分析结果表明,速度越大,驱动力矩也越大;机构高速运行过程中驱动... 为了满足3-RRR并联机构在工业应用中高速操作,研究其在高速运动中的动力学行为和控制。采用SimMechanics建立3-RRR并联机构的动力学模型,基于该模型对其进行动力学分析。分析结果表明,速度越大,驱动力矩也越大;机构高速运行过程中驱动力矩变化大,且在某些时刻产生突变致使机构产生较大冲击。为了实现高速运动跟踪控制,利用PID控制的鲁棒性,设计PID控制器。仿真结果表明,动平台能较好地实现期望的轨迹,但在初始阶段,存在一定的跟踪误差。 展开更多
关键词 3-RRR并联机构 SIMmechanICS PID控制 动力学模型
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空间3-RPC柔顺并联机构拓扑优化设计 被引量:2
5
作者 杜海堂 张荣兴 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2017年第9期31-34,39,共5页
为了获得空间柔顺并联机构构型,基于传统并联机构的设计原型,采用拓扑优化理论对空间并联机构进行拓扑优化设计。首先,以空间3-RPC并联机构为研究对象,建立机构的微运动学矢量连续映射Jacobian矩阵。然后,建立空间3-RPC柔顺并联机构的... 为了获得空间柔顺并联机构构型,基于传统并联机构的设计原型,采用拓扑优化理论对空间并联机构进行拓扑优化设计。首先,以空间3-RPC并联机构为研究对象,建立机构的微运动学矢量连续映射Jacobian矩阵。然后,建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型,运用优化准则算法(Optimization Criterion)对所建立的SIMP模型求解。最后,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,采用Solid Works软件建立其拟合修正后的模型,进而通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明:与同构型的传统并联机构相比,拓扑优化后的空间柔顺并联机构具有相同的微动特性,因而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。 展开更多
关键词 3-rpc柔顺并联机构 微运动矢量映射 拓扑优化设计 静力学仿真
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工程车辆3-RPS座椅悬架半主动滑模控制
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作者 樊书伟 燕碧娟 +1 位作者 叶伟 张文军 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第3期158-164,共7页
工程车辆处于恶劣的工作环境中,垂向单维度的被动减振无法满足实际需求。为解决该问题,依据可实现三维减振的3-RPS并联机构座椅悬架,提出一种新型三维控制策略。基于“座椅-人体”三维振动数学模型,设计一种新的三维天棚控制模型,作为... 工程车辆处于恶劣的工作环境中,垂向单维度的被动减振无法满足实际需求。为解决该问题,依据可实现三维减振的3-RPS并联机构座椅悬架,提出一种新型三维控制策略。基于“座椅-人体”三维振动数学模型,设计一种新的三维天棚控制模型,作为滑模控制的参考对象。设计滑模控制器,并根据Lyapunov稳定判据,对控制系统的稳定性进行分析判断。利用Simulink软件建立座椅-人体受振模型,对处于E、F、G级3种路面环境中,分别采用滑模控制以及被动控制模式的座椅的减振效果进行仿真对比分析。结果表明,相较于被动控制的座椅悬架,采用三维滑模控制的座椅悬架在垂直方向上的加速度下降率在38.88%至57.06%之间;俯仰方向上的角加速度的下降率在36.00%至54.89%之间;侧倾方向上的角加速度的下降率在49.58%至59.97%之间。且可有效降低垂直方向上的加速度峰值,对于冲击载荷减振性能良好。研究成果可为半主动多维减振座椅悬架控制策略的研究提供一定参考。 展开更多
关键词 振动与波 工程车辆 3-RPS并联机构 三维天棚控制 滑模控制
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3-RPC型柔顺并联机构结构设计
7
作者 孙慧 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第5期71-74,共4页
针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实... 针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实体模型导入有限元软件中进行拓扑优化设计。其次,在Ossmouth中对优化好的构型进行过滤及光顺处理并导出进行二次建模。最后,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,采用Solid Works软件建立其拟合修正后的模型,进而通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明:与同构型的传统并联机构相比,拓扑优化后的空间柔顺并联机构具有相同的微动特性,因而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。 展开更多
关键词 3-rpc柔顺并联机构 微运动矢量映射 拓扑优化设计 静力学仿真
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3-RPC型柔顺并联机构结构设计
8
作者 孙慧 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第4期65-67,71,共4页
针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实... 针对目前并联机构精度低,无法满足高精度要求的现状,提出对传统并联机构进行优化设计。首先,以传统并联机构构型3-RPC为基础建立微分运动矢量映射关系Jacobian矩阵。建立空间3-RPC柔顺并联机构的拓扑优化SIMP模型并运用OC算法求解,将实体模型导入有限元软件中进行拓扑优化设计。其次,在Ossmouth中对优化好的构型进行过滤及光顺处理并导出进行二次建模。最后,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,采用Solid Works软件建立其拟合修正后的模型,进而通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析。仿真结果表明:与同构型的传统并联机构相比,拓扑优化后的空间柔顺并联机构具有相同的微动特性,因而验证了空间并联机构的拓扑优化设计方法的有效性。 展开更多
关键词 3-rpc柔顺并联机构 微运动矢量映射 拓扑优化设计 静力学仿真
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3-PUU并联机构运动副间隙耦合误差特性分析
9
作者 王亚阁 陈朝大 +1 位作者 刘倩宇 徐铭桦 《机床与液压》 北大核心 2024年第20期90-100,共11页
并联机构运动副间隙直接影响机构的运动精度,导致末端输出特性产生差异。为了探究并联机构运动副耦合特性对末端输出精度的影响,以3-PUU并联机构为研究对象,设置运动副间隙误差为0.05、0.1、0.15、0.2 mm,利用单开链-局部指数积公式法... 并联机构运动副间隙直接影响机构的运动精度,导致末端输出特性产生差异。为了探究并联机构运动副耦合特性对末端输出精度的影响,以3-PUU并联机构为研究对象,设置运动副间隙误差为0.05、0.1、0.15、0.2 mm,利用单开链-局部指数积公式法对其进行耦合误差建模,从理论上推导运动副耦合特性与末端输出精度之间的关系,采用MATLAB对运动副耦合误差进行仿真分析,并制作样机进行试验。结果表明:当并联机构不同支链运动副存在误差时,机构末端沿x轴位置偏差随机构运动时间和关节间隙误差的增大呈现波动且伴随拐点和曲线分离;y轴位置偏差波动较大,在运动中轨迹拐点、折点和分离点相继出现,运动不平稳且超出运动空间,当并联机构双支链运动副误差为0.2 mm时,超工作空间达到-5.31 mm;机构末端沿z轴的位置偏差随着运动时间和关节间隙的增大呈现轨迹相互交错,与仿真分析一致。 展开更多
关键词 3-PUU并联机构 运动副 耦合误差 单开链-局部指数积公式
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3SPR并联机构运动学分析" 被引量:12
10
作者 梅江平 高奔 +1 位作者 谭杨 王兰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期215-220,共6页
针对一种3-SPR并联平台机构,依据机构的数学模型建立了机构的位置逆解模型,在此基础上推导出各支链的速度映射模型,通过算例和运动学仿真软件CosmosMotion的仿真结果对比分析验证了该速度模型正确有效,并通过利用SolidWorks软件进行虚... 针对一种3-SPR并联平台机构,依据机构的数学模型建立了机构的位置逆解模型,在此基础上推导出各支链的速度映射模型,通过算例和运动学仿真软件CosmosMotion的仿真结果对比分析验证了该速度模型正确有效,并通过利用SolidWorks软件进行虚拟机构的建模,对其工作空间进行仿真,得到机构工作空间的几何形状。 展开更多
关键词 并联机构 3-SPR 速度叠加 工作空间
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新型3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形分析 被引量:24
11
作者 马履中 尹小琴 杨廷力 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS 2002年第2期43-45,共3页
分析了一新型 3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形 文章先从分析该机器人动平台的平衡情况着手 ,采用旋量及运动影响系数矩阵方法 ,推导了机构出现特殊位形的判别矩阵公式 ,由此得出了该并联机器人机构出现特殊位形的条件 由... 分析了一新型 3{R∥R∥C}三平移并联机器人机构的特殊位形 文章先从分析该机器人动平台的平衡情况着手 ,采用旋量及运动影响系数矩阵方法 ,推导了机构出现特殊位形的判别矩阵公式 ,由此得出了该并联机器人机构出现特殊位形的条件 由分析可知 ,该特殊位形条件只包含了机构的方位角而不含任何几何尺寸 ,故此三平移并联机器人机构属只含位置奇异而无几何尺寸奇异形的机构 论文还在大型机械动态分析ADAMS软件上建立了仿真模型 ,由此验证了分析的正确性 展开更多
关键词 并联机器人 特殊位形 三平移并联机构
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3-RSR并联机构的微分运动学及动力学分析 被引量:7
12
作者 李剑锋 王新华 +2 位作者 魏源迁 伍良生 吴光中 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期418-423,共6页
对3-RSR并联机构的微分运动学及动力学进行了分析,根据支链的结构特征建立了动平台的运动约束方程,以此为基础导出了3-RSR并联机构封闭形式的速度和加速度公式.通过在球铰处将机构拆开,并利用支链上部杆件及动平台与支链上部杆件组合运... 对3-RSR并联机构的微分运动学及动力学进行了分析,根据支链的结构特征建立了动平台的运动约束方程,以此为基础导出了3-RSR并联机构封闭形式的速度和加速度公式.通过在球铰处将机构拆开,并利用支链上部杆件及动平台与支链上部杆件组合运动链的力和力矩平衡关系确定了球铰处的约束力.最后,由支链下部杆件的力矩平衡关系得到主动关节驱动力矩的解析表达式. 展开更多
关键词 3-RSR并联机构 微分运动学 动力学
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3-RPS并联机构运动学标定方法的研究 被引量:11
13
作者 高峰 李艳 +2 位作者 黄玉美 杨新刚 蔡晓江 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期568-574,共7页
针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型。采用阻尼最小二乘法... 针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型。采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解。利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿。通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 3-RPS并联机构 几何误差 标定模型 优化迭代
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3自由度RPS并联机构的工作空间分析 被引量:13
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作者 周兵 毛泰祥 杨汝清 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期58-61,共4页
给出了不同机构工作空间的概念.定义了由灵活特性,即雅可比矩阵的条件数决定的灵活工作空间,作为可达工作空间的子空间,并且分析了RPS型并联机构的灵活工作空间.给出了当坐标参数变化时,不同的工作空间的变化图.
关键词 3自由度 并联机构 灵活工作空间
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3-RPS并联机构运动与静力特性分析 被引量:16
15
作者 郑魁敬 崔培 郭海军 《机械设计》 CSCD 北大核心 2011年第9期28-33,共6页
对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空... 对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。 展开更多
关键词 3-RPS并联机构 运动学 静力学 速度相关性
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飞机装配中基于3-RPS的并联机构法向调整算法 被引量:11
16
作者 邹冀华 周万勇 韩先国 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期557-560,共4页
在飞机壁板柔性装配和钻铆时,采用典型的3-RPS并联机构进行自动调姿,该机构的末端执行器要求钻铆头沿孔位处的蒙皮法向进给。为了解决该法向调整问题,先对3-RPS并联机构动平台位姿进行建模描述,再在此基础上提出法向调整的求解算法。结... 在飞机壁板柔性装配和钻铆时,采用典型的3-RPS并联机构进行自动调姿,该机构的末端执行器要求钻铆头沿孔位处的蒙皮法向进给。为了解决该法向调整问题,先对3-RPS并联机构动平台位姿进行建模描述,再在此基础上提出法向调整的求解算法。结合实例说明了该算法完全具有实际工程应用能力,且该法向调整算法还可以推广应用于定位、调姿等飞机数字化制造及装配工作中。 展开更多
关键词 装配 3-RPS并联机构 法向调整 动平台
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3-PRS机构工作空间的蒙特卡洛方法分析 被引量:9
17
作者 康件丽 陈国强 赵俊伟 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第4期478-481,共4页
工作空间分析是并联机构设计与评价中极其重要的工作.针对3-PRS并联机构工作空间描述及求解复杂的问题,采用蒙特卡洛方法进行工作空间的求解及分析.对运动特性及工作空间进行了分析,给出了计算工作空间的方法,并给出了具体的实现步骤.... 工作空间分析是并联机构设计与评价中极其重要的工作.针对3-PRS并联机构工作空间描述及求解复杂的问题,采用蒙特卡洛方法进行工作空间的求解及分析.对运动特性及工作空间进行了分析,给出了计算工作空间的方法,并给出了具体的实现步骤.最后用计算实例验证了该方法的有效性.结果表明,蒙特卡洛方法研究3-PRS工作空间编程简单,并且工作空间中点的均匀性好;刀具的长度对工作空间的范围有很大影响;3个姿态角,X,Y的坐标等信息可以展现在一个二维图上,直观形象,方便查询. 展开更多
关键词 3-PRS 并联结构 工作空间 蒙特卡洛方法 位姿
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一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析 被引量:6
18
作者 张立杰 雷超 +1 位作者 郭菲 刘思远 《燕山大学学报》 CAS 2012年第3期196-200,共5页
基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间(即偏转能力),研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的向移动位置空间的关系,并分析了机... 基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间(即偏转能力),研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响。 展开更多
关键词 3-RPS并联机构 偏转能力 工作空间
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6-3-3并联机构尺度的优化综合 被引量:4
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作者 高洪 蒋璇 +1 位作者 肖平 张海涛 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第8期57-60,共4页
提出了以满足6-3-3并联机构使用功能为准则的尺度综合优化建模方法,即以功能要求的任务轨迹为动平台运动规划路径,以尺度参数和任务轨迹在工作空间的定位参数为设计变量,以机构空间结构尽可能紧凑,而工作空间尽可能大为目标函数、工作... 提出了以满足6-3-3并联机构使用功能为准则的尺度综合优化建模方法,即以功能要求的任务轨迹为动平台运动规划路径,以尺度参数和任务轨迹在工作空间的定位参数为设计变量,以机构空间结构尽可能紧凑,而工作空间尽可能大为目标函数、工作空间涵盖任务轨迹、主动件移动范围和关节转角不超过设定极限值为约束,建立优化模型并通过软件编程实现该模型的求解。最后,给出了一个算例。 展开更多
关键词 6-3-3并联机构 尺度综合 任务轨迹 优化建模
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3-PRS并联机构正解的数值方法 被引量:10
20
作者 康件丽 陈国强 赵俊伟 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2015年第2期36-42,共7页
正解计算是3-PRS并联机构设计与评价的重要工作之一,由于求解3-PRS并联机构的解析表达式十分困难,所以通常求其数值解。针对正解迭代求解时可能由于初始值设置不当引起的求解失败或遗漏真实解的问题,提出了运用蒙特卡洛方法设置迭代初... 正解计算是3-PRS并联机构设计与评价的重要工作之一,由于求解3-PRS并联机构的解析表达式十分困难,所以通常求其数值解。针对正解迭代求解时可能由于初始值设置不当引起的求解失败或遗漏真实解的问题,提出了运用蒙特卡洛方法设置迭代初始值。通过大量的随机抽样得到所有可能的解,并且归并这些解,然后绘制3-PRS并联机构的位姿简图,以此来直观判断解的合理性,最后应用算例验证了该方法的有效性及可行性。结果表明:充分利用蒙特卡洛方法的随机性,可以找到所有的解;绘制的3-PRS并联机构位姿简图形象直观,方便对真实解进行判别。 展开更多
关键词 3-PRS并联机构 正解 蒙特卡洛方法 位姿
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