基于扩张状态观测器的3-RPS并联机器人固定时间滑模控制

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作者 米钇朴 李壮举 +1 位作者 赵伟 曹少中 《机电工程》 北大核心 2025年第11期2189-2200,共12页

针对3-RPS并联机器人这类复杂的非惯性系多刚体系统在控制中的干扰不确定性和快速性等问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间收敛滑模控制(FTSMC)方法。首先,对3-RPS并联机器人进行了机构分析并建立了动力学方程,为后续控... 针对3-RPS并联机器人这类复杂的非惯性系多刚体系统在控制中的干扰不确定性和快速性等问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间收敛滑模控制(FTSMC)方法。首先,对3-RPS并联机器人进行了机构分析并建立了动力学方程,为后续控制器的设计提供了理论基础;然后,设计了一种能够实现误差固定时间收敛的固定时间滑模控制器,同时将系统的不确定项、干扰以及建模误差等影响因素统一归结为扩张状态,设计了扩张状态观测器(ESO),对其进行了估计,在滑模控制器的基础上进行了补偿,削减了控制信号中的抖振现象,进一步增强了系统在复杂环境下的抗干扰能力;最后,将ESO+FTSMC与PID控制器、滑模控制器(SMC)和非奇异终端滑模控制器(NTSMC)进行了对比仿真和实验,验证了基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间滑模控制器的有效性。研究结果表明:基于扩张状态观测器(ESO)的固定时间收敛滑模控制器具有更好的快速性和更强的鲁棒性,可以在不同的初始状态下在固定时间内收敛到平衡点,具有固定时间收敛特性;在受到相同负载扰动时,较其他三种控制器,该方法扰动抑制能力分别提升了9%~27%,回稳时间提升了5.3%~11.3%。该方法具有较快的收敛速度,在面对外部干扰和系统不确定性时具有较强的鲁棒性,具有良好的工作性能,对3-RPS并联机器人在恶劣环境下的应用具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 并联机构 3-rps并联机器人 扩张状态观测器 固定时间收敛滑模控制 控制稳定性 收敛特性

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工程车辆3-RPS座椅悬架半主动滑模控制 被引量：3

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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-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真 被引量：10

3

作者 于凌涛 张楠 +3 位作者 张立勋 王道明 杨硕 于鹏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1061-1064,1066,共5页

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用... 针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人. 展开更多

关键词 3-rps 并联机器人 静力学 SimMechanics仿真

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3-RPS并联机构运动学标定方法的研究 被引量：11

4

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-RPS并联机器人运动可靠性仿真研究 被引量：12

5

作者 孙志礼 杨强 +1 位作者 闫明 雷东亮 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2007年第6期780-783,786,共5页

利用ADAMS 12.0建立多体系统仿真模型:首先在ADAMS/View模块下建立参数化的虚拟样机模型。利用ADAMS软件提供的Point Motion、Measure和Spline等功能,获得机器人位姿正反解。考虑杆长误差和球副位置误差服从正态分布的情况下,利用随机... 利用ADAMS 12.0建立多体系统仿真模型:首先在ADAMS/View模块下建立参数化的虚拟样机模型。利用ADAMS软件提供的Point Motion、Measure和Spline等功能,获得机器人位姿正反解。考虑杆长误差和球副位置误差服从正态分布的情况下,利用随机抽样获得不同模型的实现,通过仿真得到机器人末端执行器的多组运动轨迹,并用文本文件记录相应的数据结果。最后由统计计算得出任意时刻的机器人运动可靠度。该方法不涉及复杂的数学推导,计算精度高,求解周期短,为设计人员提供了一定的参考,适合于工程应用。 展开更多

关键词 3-rps并联机器人 运动可靠性 ADAMS 12.0 MONTE CARLO方法 误差

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基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真 被引量：11

6

作者 朱大昌 严智敏 +1 位作者 崔祥府 李培 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2013年第1期28-31,共4页

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩... 3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。 展开更多

关键词 3-rps型并联机器人 螺旋理论 雅可比矩阵 MATLAB仿真

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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

7

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-RPS并联机构运动与静力特性分析 被引量：16

8

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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3-RPS并联机器人动力学分析及控制 被引量：10

9

作者 梁超 高宏力 +1 位作者 彭志文 文刚 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第9期251-253,257,共4页

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种... 运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。 展开更多

关键词 3-rps并联机器人 动力学分析 计算力矩控制 不确定性鲁棒控制

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3-RPS并联机器人位置分析及控制仿真 被引量：7

10

作者 朱大昌 严智敏 +1 位作者 崔祥府 李培 《有色金属科学与工程》 CAS 2012年第1期95-100,共6页

应用坐标变换法和封闭解法,基于3-RPS并联机器人位置分析,采用Matlab建立3-RPS型并联机器人仿真模型,给定不同状态下的参考输入,通过合理设置PID控制器各项参数进行运动学仿真比较.仿真结果表明:在不同的参考输入的条件下,动平台的位置... 应用坐标变换法和封闭解法,基于3-RPS并联机器人位置分析,采用Matlab建立3-RPS型并联机器人仿真模型,给定不同状态下的参考输入,通过合理设置PID控制器各项参数进行运动学仿真比较.仿真结果表明:在不同的参考输入的条件下,动平台的位置变化几乎相同,实现了PID控制调平作用,驱动杆实际输出与参考值的偏差在允许范围内波动,控制效果明显,为研究基于并联机器人自动调平提供参考. 展开更多

关键词 3-rps型并联机器人 位置正/反解 MATLAB仿真 PID控制

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一类3-RPS并联机器人构型正解新法 被引量：6

11

作者 张彦斐 宫金良 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期197-200,共4页

从机器人运动单元和机器人末端运动特征出发,给出了并联机器人的构型正解新方法。采用该方法求解了RPS支链所具有的末端运动特征表达式,分析了三种具有不同支链布置形式的3-RPS并联机器人的末端运动特征求解问题。对相应的运算结果进行... 从机器人运动单元和机器人末端运动特征出发,给出了并联机器人的构型正解新方法。采用该方法求解了RPS支链所具有的末端运动特征表达式,分析了三种具有不同支链布置形式的3-RPS并联机器人的末端运动特征求解问题。对相应的运算结果进行了对比分析,得到了一些有益的结论。 展开更多

关键词 并联机器人 构型正解 运动单元 3-rps

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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

12

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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3-RPS并联机构的主动力和约束力分析 被引量：17

13

作者 赵燕 黄真 《燕山大学学报》 CAS 2008年第4期299-303,339,共6页

对3-RPS并联机构进行了动力分析。首先,通过列出所有构件的力和力矩平衡方程确定驱动力和平台受到的约束反力,即3-RPS机构的球副反力。当主动力和球副反力得到,其它约束力就迎刃而解。本文给出了2个数值算例,求出了主动力和全部运动副... 对3-RPS并联机构进行了动力分析。首先,通过列出所有构件的力和力矩平衡方程确定驱动力和平台受到的约束反力,即3-RPS机构的球副反力。当主动力和球副反力得到,其它约束力就迎刃而解。本文给出了2个数值算例,求出了主动力和全部运动副的约束反力。并通过此例讨论这种方法的优缺点和将来的发展。 展开更多

关键词 3-rps并联机构 运动学 动力分析 主动力 约束反力

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3-RPS并联机器人粘性摩擦工况动力学建模 被引量：7

14

作者 张彦斐 金鹏 +1 位作者 宫金良 刘强 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期374-381,共8页

以转动副轴线平行布置的3-RPS并联机器人为研究对象,提出一种基于拉格朗日算子修正的动力学建模方法。首先,采用矢量法建立系统运动学模型,基于拉格朗日方程法建立系统理想动力学模型。然后,将关节摩擦视为系统非保守力,基于"库伦... 以转动副轴线平行布置的3-RPS并联机器人为研究对象,提出一种基于拉格朗日算子修正的动力学建模方法。首先,采用矢量法建立系统运动学模型,基于拉格朗日方程法建立系统理想动力学模型。然后,将关节摩擦视为系统非保守力,基于"库伦+粘性"摩擦模型对关节摩擦所做的功精确量化处理。最后以摩擦所做负功的形式对拉格朗日算子进行修正,建立考虑全部关节摩擦的系统动力学模型。同时对所建立的考虑关节摩擦和忽略关节摩擦的动力学模型进行了仿真对比,结果表明,在一个仿真周期内,移动副1、2、3驱动力的相对误差分别为18.1%、12.6%、16.5%,试验结果为机器人控制系统的摩擦补偿提供了理论依据。 展开更多

关键词 3-rps并联机器人 拉格朗日方程法 “库伦+粘性”摩擦模型 关节摩擦

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基于MATLAB的3-RPS并联机构控制系统仿真 被引量：5

15

作者 王爱国 陈健伟 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期172-180,共9页

针对传统螺旋法求解并联机构Jacobian矩阵的缺陷,提出了一种基于并联机构微运动分析的微位移法.该微位移法在求解过程中可避免求解超越方程组的难题,且得到的Jacobian矩阵为非奇异方阵.同时,针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度低的问题... 针对传统螺旋法求解并联机构Jacobian矩阵的缺陷,提出了一种基于并联机构微运动分析的微位移法.该微位移法在求解过程中可避免求解超越方程组的难题,且得到的Jacobian矩阵为非奇异方阵.同时,针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC).首先,建立机构的MATLAB/SimMechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵,为控制系统提供理论参考输入值.其次,设计SMC控制器,运用Lyapunov函数证明控制器的稳定性;最后,分别建立机构PID控制和SMC控制系统的MATLAB/Simulink框图,对其进行仿真分析与对比.结果表明:SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性. 展开更多

关键词 3-rps并联机构 微位移法 PID控制 SMC控制 MATLAB仿真

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基于螺旋理论的3-RPS型并联机器人运动学分析 被引量：8

16

作者 朱大昌 张国新 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第7期149-150,共2页

3-RPS型并联机构具有三个结构对称的支链形式,各支链由一个转动副连接机座、一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论及空间机构构型原理,通过约束形式分析得出该类型并联机器人运动性质,采用矢量分析方... 3-RPS型并联机构具有三个结构对称的支链形式,各支链由一个转动副连接机座、一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论及空间机构构型原理,通过约束形式分析得出该类型并联机器人运动性质,采用矢量分析方法对其运动学正解/反解进行求解,得出该并联机构运动学方程。基于对称非齐次性少自由度并联机构Jacobine矩阵,进一步对该类型并联机器人结构奇异性进行分析与总结。 展开更多

关键词 3-rps型并联机器人 螺旋理论 奇异性

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变结构参数下3-RPS并联机构性能分析 被引量：1

17

作者 李小汝 黄娟 李兴慧 《机床与液压》 北大核心 2019年第20期155-159,191,共6页

以典型3-RPS并联机构为研究对象,分析结构参数变化时机构的性能改变情况。基于运动学分析,推导机构雅克比矩阵;并以雅克比矩阵的条件数、最小奇异值作为机构性能衡量指标;选取两组变化结构参数,并结合MATLAB计算机构在绕X、Y轴±30&... 以典型3-RPS并联机构为研究对象,分析结构参数变化时机构的性能改变情况。基于运动学分析,推导机构雅克比矩阵;并以雅克比矩阵的条件数、最小奇异值作为机构性能衡量指标;选取两组变化结构参数,并结合MATLAB计算机构在绕X、Y轴±30°空间内雅克比矩阵的条件数、奇异值分布情况,绘制了机构性能指标三维网阵面以及奇异值分布情况。结果表明:该机构球面副圆周半径与转动副圆周半径之比越小机构性能越优,动平台初始高度与转动副圆周之比越大机构性能越差,两个参数的增加将使机构各向同性越差。研究结果为3-RPS并联机构结构设计和优化提供了理论依据。 展开更多

关键词 3-rps并联机构 雅克比矩阵 奇异值 条件数

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3-RPS控制姿态用并联机器人机构的位置反解 被引量：1

18

作者 孔宪文 黄真 《郑州大学学报（自然科学版）》 1998年第4期35-39,共5页

首先揭示了３－ＲＰＳ控制姿态用并联机器人机构位置反解方程组解的分组特点，然后应用连续法求解多项式方程组时构造初始方程组的原则，给出了该机构位置反解的高效算法．对于给定的输出，３－ＲＰＳ控制姿态用并联机器人机构位置反解... 首先揭示了３－ＲＰＳ控制姿态用并联机器人机构位置反解方程组解的分组特点，然后应用连续法求解多项式方程组时构造初始方程组的原则，给出了该机构位置反解的高效算法．对于给定的输出，３－ＲＰＳ控制姿态用并联机器人机构位置反解的数目为８（一般形式），４（当机构有且仅有一个最简ＲＰＳ支路时），２（当机构有且仅有两个最简ＲＰＳ支路时），１（当机构各个支路均为最简ＲＰＳ支路时），这些位置反解可分别通过跟踪８，４，２和１条同伦路径得到． 展开更多

关键词 并联机器人 位置反解 3-rps控制 机构学 机器人

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3-RPS并联机构几何误差映射分析

19

作者 高峰 李艳 +2 位作者 黄玉美 韩旭炤 蔡晓江 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2012年第3期465-469,共5页

为了提高六轴混机床的运动精度,以其3-RPS并联机构为研究结构模型,分析了影响机构可达空间的几何误差源,建立了位姿误差模型。在ADAMS虚拟样机建模环境中,构建了包含全部几何误差参数的机构运动学模型,仿真了主要几何误差参数对终端运... 为了提高六轴混机床的运动精度,以其3-RPS并联机构为研究结构模型,分析了影响机构可达空间的几何误差源,建立了位姿误差模型。在ADAMS虚拟样机建模环境中,构建了包含全部几何误差参数的机构运动学模型,仿真了主要几何误差参数对终端运动精度的影响规律。根据仿真结果,对并联机构所有的几何误差从误差源到工作空间的映射关系进行了分析和评价。 展开更多

关键词 ADAMS仿真软件 3-rps并联机构 几何误差 误差评价

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转动轴线共面型3-RPS并联机构运动特性分析 被引量：4

20

作者 齐大志 张彦斐 宫金良 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第9期235-237,共3页

通过对刚体运动螺旋和约束反螺旋的研究,给出了利用约束反螺旋求解运动支链或机构末端运动特性的分析方法,这种方法具有通用性。利用这种方法分析了RPS运动支链在运动副所有不同布置方式下的末端运动特性,求解了具有不同运动支链布置形... 通过对刚体运动螺旋和约束反螺旋的研究,给出了利用约束反螺旋求解运动支链或机构末端运动特性的分析方法,这种方法具有通用性。利用这种方法分析了RPS运动支链在运动副所有不同布置方式下的末端运动特性,求解了具有不同运动支链布置形式的三种转动副轴线共面型3-RPS并联机构的末端运动特性。说明了3-RPS并联机构并非一般认为的两个转动自由度和一个移动自由度,支链中运动副的相对位置不同或者支链的布置方式不同,则机构末端运动特性也不同。 展开更多

关键词 并联机构 反螺旋 运动特性 3-rps

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