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基于六自由度并联机构的多节段机器人的结构设计与运动分析
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作者 岳经纬 贺利乐 +3 位作者 岳枫 窦铭源 贺宁 李赵兴 《机床与液压》 北大核心 2025年第15期43-49,共7页
聚焦于多自由度仿生机器人的结构优化与运动特性分析,提出一种基于六自由度并联机构的多节段机器人设计方案。该机器人通过串联模块化结构实现躯体构建,每个模块由动平台、静平台、6组连杆驱动机构及球铰连接组成,依托舵机驱动实现独立... 聚焦于多自由度仿生机器人的结构优化与运动特性分析,提出一种基于六自由度并联机构的多节段机器人设计方案。该机器人通过串联模块化结构实现躯体构建,每个模块由动平台、静平台、6组连杆驱动机构及球铰连接组成,依托舵机驱动实现独立六自由度运动能力。对该机器人进行机械结构设计与运动学分析,建立动、静坐标系下的逆运动学反解模型与正运动学求解模型,通过坐标变换推导连杆长度与位姿之间的关系,并采用牛顿迭代法解决正解中的非线性优化问题。以工作空间体积最大化、连杆角度平滑性及动平台位置紧凑性为优化目标,引入自适应惯性权重与学习因子改进的粒子群优化算法,对连杆长度、旋转角度等关键参数实施多目标优化。最后,基于ADAMS软件构建虚拟样机模型,通过运动学仿真分析平台质心运动特性,并开展水平爬行、转弯等物理实验,验证了机器人在蜿蜒、蠕动等复杂步态下的运动可行性与可靠性。 展开更多
关键词 自由度并联机构 多节段机器人 结构设计 运动学分析
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基于内外嵌套并联机构的6自由度多姿态3D打印机设计与分析
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作者 程瑶 许文斌 刘云阳 《机械设计》 北大核心 2025年第1期62-69,共8页
针对目前熔融沉积(FDM)型3D打印机无法实现多姿态打印的问题,文中设计了一种基于内外嵌套并联机构的6自由度多姿态3D打印机,并对其进行运动学分析。该3D打印机以内嵌套(3-PSSSS)和外嵌套(3-PRS)并联机构为主体,末端执行器在内并联机构... 针对目前熔融沉积(FDM)型3D打印机无法实现多姿态打印的问题,文中设计了一种基于内外嵌套并联机构的6自由度多姿态3D打印机,并对其进行运动学分析。该3D打印机以内嵌套(3-PSSSS)和外嵌套(3-PRS)并联机构为主体,末端执行器在内并联机构直接控制和外并联机构间接控制下实现多姿态打印。基于螺旋理论,分别分析内外并联机构的自由度,再整合分析内外嵌套并联机构的自由度,验证其具有四平动二转动的6自由度运动特性。利用解析矢量法建立并联机构的逆解运动学模型,并对支链运动进行分析,阐明了驱动移动副对支链连杆和下动平台的作用;利用运动学仿真分析软件进行仿真,通过分析仿真中下动平台标记点的轨迹和运动学数据,验证了该机构应用于3D打印机多姿态打印方案的可行性。内外嵌套并联机构具有多姿态转角和良好运动学特性,解决了3D打印机多姿态打印的问题,为基于嵌套并联机构的3D打印机多姿态打印问题提供了一种可行的方案。 展开更多
关键词 内外嵌套并联机构 6自由度 运动学模型 多姿态3D打印机
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温室对靶喷施机器人绳驱并联机构的运动学分析与仿真
3
作者 王怡旎 赵栋杰 +2 位作者 石有圣 柳长进 李洪凯 《农机化研究》 北大核心 2025年第11期258-265,共8页
为满足中小型塑料温室大棚作物自动对靶施肥施药的作业需求,设计了一种3自由度绳驱并联对靶喷施机器人。首先,描述了其机构特征,建立运动学模型;其次,根据闭环矢量法构建绳索长度的运动学方程,使其能够精准描述绳索在不同位置下的长度变... 为满足中小型塑料温室大棚作物自动对靶施肥施药的作业需求,设计了一种3自由度绳驱并联对靶喷施机器人。首先,描述了其机构特征,建立运动学模型;其次,根据闭环矢量法构建绳索长度的运动学方程,使其能够精准描述绳索在不同位置下的长度变化,基于差分进化算法对正运动学进行数值求解,对其进行位置正、逆解分析,确保机器人在不同作业条件下的精准定位,并通过5组随机生成的具体算例对正、逆解分析结果进行了初步验证;最后,构建了机构的数值仿真模型,分别对温室对靶喷施作业中3种作业情况进行模拟,结果表明,位置理论分析结果可信,3自由度绳驱并联机构各绳索可协调运动且运动轨迹稳定。研究不仅为深入研究机器人动力学、工作空间和运动控制等问题提供了理论依据,也为机器人的实际应用奠定了基础。 展开更多
关键词 机器人 对靶喷施 并联机构 3自由度 绳驱动 差分进化算法 建模 仿真分析
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新型6自由度并联微动机器人微运动学及其运动解耦性分析 被引量:2
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作者 张建军 高峰 +1 位作者 李为民 金振林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2003年第12期22-25,共4页
利用坐标变换法,建立了新型6自由度并联微动机器人的微运动学模型,并对其运动解耦性进行分析;采用不同的初始驱动位移量和驱动方式,对该机器人的有限元模型进行分析,进一步讨论了其微运动学上的解耦性,最后对研制的微动机器人样机进行... 利用坐标变换法,建立了新型6自由度并联微动机器人的微运动学模型,并对其运动解耦性进行分析;采用不同的初始驱动位移量和驱动方式,对该机器人的有限元模型进行分析,进一步讨论了其微运动学上的解耦性,最后对研制的微动机器人样机进行了运动解耦性测试和验证。该并联微动机器人的运动解耦,为其动力学分析、控制及其标定的简化提供了理论基础。 展开更多
关键词 6自由度 并联微动机器人 微运动学 运动解耦 有限元
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自抗扰控制器在6自由度液压并联机器人仿真分析中应用 被引量:8
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作者 金迪 邵诚 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期691-696,共6页
以6自由度液压并联机器人为控制对象,对自抗扰控制器参数的变化与系统动态特性的关系进行了系统的分析,为自抗扰控制器的参数整定及其有效应用提供了依据.理论分析和大量的仿真实验表明,采用自抗扰控制器可以明显改善6自由度液压并联机... 以6自由度液压并联机器人为控制对象,对自抗扰控制器参数的变化与系统动态特性的关系进行了系统的分析,为自抗扰控制器的参数整定及其有效应用提供了依据.理论分析和大量的仿真实验表明,采用自抗扰控制器可以明显改善6自由度液压并联机器人的操作精度,验证了自抗扰控制器的有效性. 展开更多
关键词 6自由度液压并联机器人 仿真分析 自抗扰控制器 非线性控制 参数整定
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六自由度3-RRRS并联机器人机构位姿正逆解
6
作者 钱瑞明 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 2000年第5期56-60,共5页
提出一种六自由度 3RRRS并联机器人机构 ,建立了位姿正逆解的解析表达式 ,其中位姿正解有 4组 ,位姿逆解有 8组 .
关键词 自由度 并联机器人 3-RRRS机构 位姿正逆解
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基于SimMechanics的气动6自由度并联机器人的研究(英文) 被引量:3
7
作者 刘颖超 李军 王维 《机床与液压》 北大核心 2013年第24期62-66,71,共6页
针对气压伺服式6自由度并联机器人的特点,首先对气压伺服系统进行建模分析,然后利用SimMechanics对气动6自由度并联机器人的机械模块进行建模,并对并联机器人整体进行气动-机械建模,此建模方法避免了Stewart平台复杂的建模过程。进行仿... 针对气压伺服式6自由度并联机器人的特点,首先对气压伺服系统进行建模分析,然后利用SimMechanics对气动6自由度并联机器人的机械模块进行建模,并对并联机器人整体进行气动-机械建模,此建模方法避免了Stewart平台复杂的建模过程。进行仿真分析和实验研究,结果表明:仿真数据与实验结果相符,仿真模型较能真实的模拟6自由度并联机器人的运动,并且气动也能达到伺服控制的效果。 展开更多
关键词 6自由度并联机器人 气动 伺服 SIMMECHANICS
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仿真方法在6自由度并联机器人运行中的应用 被引量:4
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作者 王立荣 徐雷麟 《中国纺织大学学报》 CSCD 1999年第6期29-32,共4页
介绍一种6自由度并联机器人基本结构及当前仿真技术的应用,对其进行了运动分析,结合其结构特点对系统进行线性化并求出位置逆解,建立了系统的状态方程,分析讨论了仿真技术在该机器人控制中的适用性.
关键词 6自由度 并联机器人 位置逆解 控制 仿真技术
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基于齐次变换矩阵数值解的6自由度并联机构位姿正解解算 被引量:8
9
作者 刘玉梅 曹晓宁 +3 位作者 王秀刚 王帆 徐振 卢海隔 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期894-898,共5页
为提高6自由度并联机构位姿正解求解速度,提出了一种基于齐次变换矩阵数值解的位姿正解解算方法.结合齐次空间变换矩阵前3阶顺序主子矩阵的正交特性及各液压缸杆长约束条件,建立了以齐次变换矩阵12个元素为未知量的非线性方程组的数学模... 为提高6自由度并联机构位姿正解求解速度,提出了一种基于齐次变换矩阵数值解的位姿正解解算方法.结合齐次空间变换矩阵前3阶顺序主子矩阵的正交特性及各液压缸杆长约束条件,建立了以齐次变换矩阵12个元素为未知量的非线性方程组的数学模型,得出了雅克比矩阵解析总表达式,采用牛顿拉夫逊法算法逐次迭代得到齐次变换矩阵数值解,再根据齐次变换矩阵与位姿转化关系求解对应位姿.结合实例,利用位姿正解仿真解算模型对所提出的位姿正解方法准确性及高效性进行了验证.结果表明:以齐次变换矩阵元素为变量的位姿正解解算方法比以位姿为变量的传统计算方法速度快. 展开更多
关键词 6自由度并联机构 齐次变换矩阵 位姿正解 牛顿拉夫逊法
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3-U^rSR 6自由度并联机构位置分析 被引量:7
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作者 虞启凯 游有鹏 韩江义 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期215-219,共5页
提出一种采用球面2自由度五杆作为驱动装置的3-UrSR并联机构。对该机构自由度进行了计算,对机构的位置反解进行了分析和研究,并列出了正解的约束方程组。最后用反解验证了正解的正确性,给出了该机构的位姿分析的数值仿真实例及图形。
关键词 并联机构 6自由度 位置正反解 空间分析
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求一般6-SPS并联机器人机构的全部位置正解的混沌迭代方法 被引量:32
11
作者 罗佑新 黎大志 《工程设计学报》 CSCD 2003年第2期70-74,共5页
采用简单的牛顿迭代法迭代,并将非线性方程视为非线性的动力学系统,利用使系统产生混沌的Julia集的点求解方程的全部实数解,而Julia集的点在Jocobi矩阵行列式的值为零的解集的邻域内,给定矩阵的行列式的值的表达式的一些变量为已知,仅... 采用简单的牛顿迭代法迭代,并将非线性方程视为非线性的动力学系统,利用使系统产生混沌的Julia集的点求解方程的全部实数解,而Julia集的点在Jocobi矩阵行列式的值为零的解集的邻域内,给定矩阵的行列式的值的表达式的一些变量为已知,仅有一个变量未知,把它转化为一元非线性方程,进而求出一元非线性方程全部解.再在给定变量的邻域内取定给定变量,根据一元非线性方程的全部解以确定该变量的搜索范围,运用粗、精迭代法求解全部位置解.运用该算法编写了MATLAB程序,对一般机器人6-SPS机构的全部位置正解问题进行了研究,得出了Jocobi矩阵的通用表达式,从而得到了其全部位置正解,为实际的6-SPS机构的位置正解问题提供了全新的方法. 展开更多
关键词 6-SPS并联机器人机构 位置正解 混沌算法 牛顿迭代法 MATLAB程序 JULIA集 机构
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确定6自由度6-3-3并联机构位置正解的数值方法 被引量:5
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作者 高洪 赵韩 吕新生 《机械设计》 CSCD 北大核心 2006年第4期29-32,共4页
首先,基于机构学理论和6自由度6-3-3并联机构的基本几何关系,利用MATLAB符号数学计算工具箱得到了求该机构正向位移解的非线性方程组。接着将该方程组的求解问题转化为非线性最小二乘问题,使用MATLAB优化工具箱库函数lsqnonlin求出了具... 首先,基于机构学理论和6自由度6-3-3并联机构的基本几何关系,利用MATLAB符号数学计算工具箱得到了求该机构正向位移解的非线性方程组。接着将该方程组的求解问题转化为非线性最小二乘问题,使用MATLAB优化工具箱库函数lsqnonlin求出了具有明确工程意义的正向位移解。最后,给出了一个算例。 展开更多
关键词 6自由度6—3—3并联机构 正向位移分析 符号数学计算工具箱 非线性最小二乘问题 优化工具箱
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改进遗传算法在6-RSS并联机器人机构设计中的应用 被引量:3
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作者 李坤全 方跃法 《北京交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期19-23,共5页
以6-RSS并联机器人Jacobian矩阵的条件参数为优化设计目标函数,提出了改进的遗传智能优化设计方法.采用实值编码,对6-RSS平台进行了优化设计,得到了最优运动学的6-RSS平台结构参数,通过与拟牛顿法得出的结果比较,证实了改进遗传算法在... 以6-RSS并联机器人Jacobian矩阵的条件参数为优化设计目标函数,提出了改进的遗传智能优化设计方法.采用实值编码,对6-RSS平台进行了优化设计,得到了最优运动学的6-RSS平台结构参数,通过与拟牛顿法得出的结果比较,证实了改进遗传算法在并联机器人结构优化设计中的有效性和优越性. 展开更多
关键词 机器人 6-RSS并联机构 改进遗传算法 优化设计
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基于双6-UPU并联机构的步行机器人步行越障步态仿真与试验(英文) 被引量:3
14
作者 唐新星 范大川 +1 位作者 韩方元 崔玉定 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期83-91,共9页
为拓展六足机器人的应用,提高六足机器人对工作环境的适应性及工作的灵活性,该文提出了一种基于并联腿的六足步行机器人结构。该步行机器人由2个6-UPU并联机构腿和6个足构成,每个足上各安装1个辅助腿,共有18个自由度,辅助腿可根据环境... 为拓展六足机器人的应用,提高六足机器人对工作环境的适应性及工作的灵活性,该文提出了一种基于并联腿的六足步行机器人结构。该步行机器人由2个6-UPU并联机构腿和6个足构成,每个足上各安装1个辅助腿,共有18个自由度,辅助腿可根据环境改变步行机器人身体的高度,增强了克服障碍物与环境的适应能力。首先,对该机构进行运动学分析,通过腿部6-UPU并联机构的运动学逆解求解,得到机器人运动过程中并联腿各分支的状态;其次,通过对人体行走规律的研究,根据运动学逆解的结果,设计了步行机器人的2种步态,分别为跨步行走步态和越障步态;之后,根据样机材质,在ADMAS环境下对六足机器人的模型组件增加质量,进行2种步态的行走仿真,跨步行走步态一个步态周期耗时23.734 2 s,步行机器人机体前进400 mm,平均行走速度为1 011.2 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时18 s,步行机器人机体前进100 mm,平均行走速度为333.3 mm/min;最后,选用两片STM32芯片为核心处理器进行控制系统设计,两片STM32芯片分别进行数据采集与PID运算,二者间采用串口通信实现数据传输,跨步行走步态一个步态周期耗时24.85 s,步行机器人机体前进385 mm,平均行走速度为929.6 mm/min,而越障步态一个步态周期耗时20.8 s,步行机器人机体前进90 mm,平均行走速度为259.6 mm/min。试验表明:跨步行走步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为5%、8%,而在越障步态下,完成一个步态周期内的耗时与平均行走速度的偏差分别为13%、22%,绘制了2个平行腿移动平台中心点的规划轨迹和试验轨迹,试验轨迹在步行阶段,试验结果滞后于2种步态的模拟结果。其偏差可归结为试验样机中各电动缸自身特性、装配精度、部件的质量差异等因素的影响,但样机能够按照设定的步态完整设定的行走任务,从而验证了仿真分析的正确性。该研究为进一步研究六足并联腿步行机器人实现未知倾斜面或环境中的稳定行走提供了初步的实践依据。 展开更多
关键词 机器人 步态分析 控制 六足并联行走机器人 6-UPU并联机构
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基于6-PSS正交并联机构的新型微操作机器人的位置分析
15
作者 金振林 赵现朝 范文刚 《燕山大学学报》 CAS 2002年第1期23-26,共4页
设计一种新颖的六自由度并联微操作机器人,推导出其位置正反解方程并对其微位移传递性进行分析,为其合理结构布局形式的设计提供理论依据,这种微动机器人具有微位移解耦和微位移传递各向同性等优点。
关键词 自由度微操作机器人 正交并联机构 位置分析
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一种可以实现救援对接的4自由度并联机器人设计方法
16
作者 郭盛 方跃法 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 2004年第8期22-24,共3页
笔者设计出一种可以在潜水艇和空间飞行器救援对接中实现对接的 4自由度的并联机器人机构。其中 3个为转动自由度 ,1个为移动自由度。分别用于对接过程中的位置和姿态调节。给出了其设计的基本原则和运动副放置条件。利用螺旋理论分析... 笔者设计出一种可以在潜水艇和空间飞行器救援对接中实现对接的 4自由度的并联机器人机构。其中 3个为转动自由度 ,1个为移动自由度。分别用于对接过程中的位置和姿态调节。给出了其设计的基本原则和运动副放置条件。利用螺旋理论分析了设计的正确性 ,证明了它所具有的 4个自由度完全满足设计要求。 展开更多
关键词 并联机器人 4自由度 移动 设计方法 螺旋理论 正确性 安全 运动副 对接 机构
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6-SPS球平台并联机器人及其局部力和运动传递性能分析 被引量:6
17
作者 金振林 高峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2001年第1期63-66,共4页
提出一种 6-SPS球平台 6自由度正交并联机器人新机型 ,介绍其结构布局特点 ,对其局部力与运动传递性能及它们与机构几何参数关系进行分析 ,为其设计和实用化提供理论依据。分析结果表明 ,该球平台机构在正交位姿力和运动传递性能各向同... 提出一种 6-SPS球平台 6自由度正交并联机器人新机型 ,介绍其结构布局特点 ,对其局部力与运动传递性能及它们与机构几何参数关系进行分析 ,为其设计和实用化提供理论依据。分析结果表明 ,该球平台机构在正交位姿力和运动传递性能各向同性 ,特别适合于作为 6自由度微动操作机器人和 6维力传感器结构。 展开更多
关键词 6自由度并联机器人机构 球平台机构 正交位姿 各向同性 运动传递性质
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载人步行椅机器人的自由度和腿机构上平台的布置方式分析 被引量:4
18
作者 桑凌峰 王洪波 孙利 《燕山大学学报》 CAS 2013年第4期317-325,共9页
针对现存步行椅机器人功能单一、承载能力低、无法在复杂环境中工作等问题,提出了一种新型的载人并联腿步行椅机器人。这种机器人既可作为四足步行机器人,也可作为两足步行机器人使用。考虑步行机器人合并和转化的可实现性,分别选用6-UP... 针对现存步行椅机器人功能单一、承载能力低、无法在复杂环境中工作等问题,提出了一种新型的载人并联腿步行椅机器人。这种机器人既可作为四足步行机器人,也可作为两足步行机器人使用。考虑步行机器人合并和转化的可实现性,分别选用6-UPS并联机构和(2-UPS+UP)S混联机构作为两足和四足时的腿机构。结合螺旋理论和自由度公式,求解了步行椅在不同运动方式下腿机构和机体机构的自由度,证明了所选腿机构满足步行椅的设计和行走要求。应用两足步行时腿机构的工作空间,对腿机构上平台在座椅上的对称布置方式进行了定量和定性分析,选出最优布置方式。通过对载人步行椅机器人自由度和腿机构上平台布置方式的分析,为步行椅机器人运动学、动力学研究奠定理论基础。 展开更多
关键词 并联机构 载人步行椅机器人 自由度 布置方式
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基于赋权偏差传递网络的6Dof-RUS并联机构随机误差分析 被引量:1
19
作者 董广宇 杜玉红 杨磊成 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期948-954,共7页
对于已经完成加工装配高精度并联机构,当出现使用精度无法满足设计要求时,需要对产生误差的源头进行追溯,只修复部分构件提高机构精度。以单点激光测距仪检测方法与六条由转动副(R)虎克铰链(U)球面副(S)构成单支链的6自由度并联机构(6Do... 对于已经完成加工装配高精度并联机构,当出现使用精度无法满足设计要求时,需要对产生误差的源头进行追溯,只修复部分构件提高机构精度。以单点激光测距仪检测方法与六条由转动副(R)虎克铰链(U)球面副(S)构成单支链的6自由度并联机构(6Dof-RUS)随机误差模型之间的映射为研究内容。首先构建了6Dof-RUS并联机构赋权偏差传递网络,其次建立了相机坐标系中光斑与平面约束之间的映射方程,通过结构误差雅可比矩阵将结构参数误差映射为可观测的动平台位姿误差。最后进行了实验验证,实验结果表明,在有限次测量次数的情况下可快速对随机误差进行溯源,验证了所提方法的有效性与可靠性,对其他拓扑构型并联机构精度综合具有一定借鉴意义。 展开更多
关键词 并联机构 随机误差 误差溯源 6自由度并联机构
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并联机器人机构新构型设计的探讨 被引量:33
20
作者 刘辛军 汪劲松 +3 位作者 高峰 王立平 王启明 李剑锋 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第12期1339-1342,共4页
主要探讨并联机构的新构型 ,针对现存并联机器人机构的种类、分布特点和技术不足以及应用需求 ,提出一种新型的把空间移动和转动结合起来的 3自由度完全并联机构构型 ,并分析了它的设计思想。该并联机构可广泛应用在工业机器人、飞行模... 主要探讨并联机构的新构型 ,针对现存并联机器人机构的种类、分布特点和技术不足以及应用需求 ,提出一种新型的把空间移动和转动结合起来的 3自由度完全并联机构构型 ,并分析了它的设计思想。该并联机构可广泛应用在工业机器人、飞行模拟器、微动机器人和并联机床等领域。 展开更多
关键词 并联机器人 机构自由度 运动特性 构型设计
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