冗余驱动消除并联机构位形奇异原理 被引量：30

1

作者 张彦斐 宫金良 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期445-448,共4页

一般并联机构的雅可比矩阵都是方阵,而冗余驱动并联机构由于输入构件数大于输出构件自由度数,其雅可比矩阵具有非方阵的特殊性。传统的观点认为冗余驱动能够消除奇异,但是没有给出严格的数学意义上的证明和构造冗余驱动的具体方法。从... 一般并联机构的雅可比矩阵都是方阵,而冗余驱动并联机构由于输入构件数大于输出构件自由度数,其雅可比矩阵具有非方阵的特殊性。传统的观点认为冗余驱动能够消除奇异,但是没有给出严格的数学意义上的证明和构造冗余驱动的具体方法。从可操作度的角度研究了冗余驱动并联机构的奇异性,最终给出了判别方法。用数学方法证明了冗余驱动可以消除奇异位形,并通过实例给出了具体的构造方法。 展开更多

关键词 并联机构 冗余驱动 奇异性 可操作度

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含约束支链的冗余驱动并联机构动力学性能优化 被引量：12

2

作者 刘晓飞 唐艳华 +2 位作者 刘鑫 李祺 赵永生 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期378-385,403,共9页

全驱动并联机构可以通过增加约束支链或关节实现机构驱动冗余。为了研究约束支链与关节对冗余驱动并联机构动力学性能的优化问题,分析对比了冗余驱动并联机构6PUS+UPU与非冗余驱动并联机构6PUS机构的动力学特性,研究了约束支链对冗余驱... 全驱动并联机构可以通过增加约束支链或关节实现机构驱动冗余。为了研究约束支链与关节对冗余驱动并联机构动力学性能的优化问题,分析对比了冗余驱动并联机构6PUS+UPU与非冗余驱动并联机构6PUS机构的动力学特性,研究了约束支链对冗余驱动并联机构动力学性能的优化机理。基于虚功原理建立了6PUS机构和6PUS+UPU机构的动力学模型,提出具有明确物理意义的冗余驱动并联机构动力学性能指标,分析了约束分支对机构动力学性能的影响,并结合数值算例对两种机构动力学性能进行了对比分析。结果显示,支链约束提高了机构动力学性能,而支链质量会降低机构动力学性能。 展开更多

关键词 并联机构 驱动冗余 约束支链 动力学性能

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3PRS/UPS冗余驱动并联机器人刚度特性分布 被引量：11

3

作者 郭江真 王丹 +1 位作者 樊锐 陈五一 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期500-506,共7页

设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原... 设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原理,结合并联机器人驱动副和约束副的柔度影响,推导得出了机构全刚度矩阵.同时,分析了机构在给定静载荷条件下的变形情况,总结出机构的空间变形分布规律.使用刚度矩阵的最小、最大特征值和运动刚度指标(KSI,Kinematic Stiffness Index)为机构刚度评价指标,对比和分析了引入冗余驱动前后对并联机器人刚度特性分布的影响,得出冗余驱动支链的引入可提高并联机器人特定方向的刚度和改善刚度分布的结论,为冗余驱动并联机器人优化设计和开发应用奠定基础. 展开更多

关键词 冗余驱动并联机构 螺旋理论 刚度特性 评价指标

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高速绳牵引并联摄像机器人冗余驱动力优化求解 被引量：9

4

作者 苏宇 仇原鹰 +1 位作者 王龙 杜敬利 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期90-96,共7页

将完全约束绳牵引并联机构的冗余驱动求解问题转化为凸可行域上的多项式极值问题,提出了衡量驱动优化求解连续性和实时性的指标.通过对一个典型的摄像机器人驱动力分布优化问题的求解,对比分析了几种驱动力优化指标的实时性与连续性,并... 将完全约束绳牵引并联机构的冗余驱动求解问题转化为凸可行域上的多项式极值问题,提出了衡量驱动优化求解连续性和实时性的指标.通过对一个典型的摄像机器人驱动力分布优化问题的求解,对比分析了几种驱动力优化指标的实时性与连续性,并给出了指标选取的具体建议. 展开更多

关键词 绳牵引并联机构 摄像机器人 冗余驱动 驱动力优化 实时性 连续性

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冗余驱动并联机构预防故障的力矩分配法 被引量：6

5

作者 闫彩霞 战强 +1 位作者 叔广慧 韩颜莹 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期217-221,共5页

分析冗余驱动并联机构的动力学方程可知,通过合理的分配各驱动器的输出力矩,可以避免部分驱动器过载,有效地延长机构的首次故障时间。从各驱动器的承受能力出发,提出输出裕度的概念,并据此构造了驱动力矩优化模型,以输出裕度来构造加权... 分析冗余驱动并联机构的动力学方程可知,通过合理的分配各驱动器的输出力矩,可以避免部分驱动器过载,有效地延长机构的首次故障时间。从各驱动器的承受能力出发,提出输出裕度的概念,并据此构造了驱动力矩优化模型,以输出裕度来构造加权系数的选择准则,实现对各驱动器的单独调解。推导了输出裕度均衡及部分驱动器输出裕度取均值两种情况下的力矩分配方法,协调系统中各驱动器的承载情况。以一种平面3自由度过驱动并联机构为研究对象,数据计算及分析结果表明所提出的方法对于调节各驱动器输出裕度均衡及防止部分驱动器过载有一定的作用。 展开更多

关键词 并联机器人 冗余驱动 加权系数

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两自由度冗余驱动并联机器人的研究 被引量：8

6

作者 杨钢 傅晓云 李宝仁 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期416-419,423,共5页

提出了一种冗余驱动的具有两个转动自由度的新型空间并联机器人,以提高系统的稳定性,满足某水下运动模拟装置的要求。在对系统进行动力学分析并考虑消除内力的基础上,针对液压驱动并联机器人平台参数不确定及外界干扰的特点,设计了两层... 提出了一种冗余驱动的具有两个转动自由度的新型空间并联机器人,以提高系统的稳定性,满足某水下运动模拟装置的要求。在对系统进行动力学分析并考虑消除内力的基础上,针对液压驱动并联机器人平台参数不确定及外界干扰的特点,设计了两层滑模的变结构控制器,采用Lyapunov方法进行控制律的选取。仿真试验表明了变结构控制算法对于系统控制的有效性和鲁棒性。 展开更多

关键词 并联机器人 冗余驱动 变结构控制 仿真

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基于驱动或结构冗余的并联机器人容错方法 被引量：5

7

作者 闫彩霞 战强 陆震 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期1407-1411,共5页

研究了并联机器人利用驱动冗余进行驱动器故障容错及利用结构冗余进行关节故障容错的方法.结合冗余驱动并联机构的力矩分配问题的多解性,分析了部分驱动器故障后在剩余正常工作驱动器之间重新分配驱动力矩以实现容错的方法.结合结构冗... 研究了并联机器人利用驱动冗余进行驱动器故障容错及利用结构冗余进行关节故障容错的方法.结合冗余驱动并联机构的力矩分配问题的多解性,分析了部分驱动器故障后在剩余正常工作驱动器之间重新分配驱动力矩以实现容错的方法.结合结构冗余并联机构的特点,分析了放弃部分结构自由度以完成操作任务的方法.从运动学和动力学角度讨论了两类冗余机器人的特点及容错的可能性,以一种平面三自由度并联机构为实例,针对驱动器及关节故障分别分析了故障后机构运动学和动力学性能的变化,验证了采用驱动及结构的冗余进行容错的可行性. 展开更多

关键词 并联机器人 冗余驱动 结构冗余 容错

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三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析 被引量：16

8

作者 周结华 彭侠夫 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期751-756,共6页

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素... 基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。 展开更多

关键词 并联机构 冗余驱动 奇异性分析 工作空间分析

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冗余驱动消减弹性并联机器人振动的研究 被引量：3

9

作者 蔡胜利 余跃庆 白师贤 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 1997年第6期941-944,共4页

研究了弹性并联机器人运动过程中的振动控制问题。首次提出将冗余驱动用于弹性并联机器人减振，通过规划冗余驱动力达到了抑制机器人平台弹性振动的目的，数值模拟的结果证明了此方法不但效果明显，而且简便易行。

关键词 弹性 并联机器人 振动控制 冗余驱动 机器人

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一种球面冗余并联机器人机构设计的基础研究 被引量：8

10

作者 张立杰 黄真 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期681-684,共4页

提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程,进行了运动学分析;建立了该球面并联机器人的设计空间,探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性能图谱... 提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程,进行了运动学分析;建立了该球面并联机器人的设计空间,探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性能图谱。这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。 展开更多

关键词 球面机构 驱动冗余 设计空间 工作空间

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冗余驱动的并联机器人性能分析 被引量：8

11

作者 蔡胜利 白师贤 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 1996年第2期235-238,共4页

提出了带冗余驱动器的三腿并联机器人的两种结构，介绍了它们的性能特点，基于动力学方程分析了它们对于不同的优化目标和不同的约束条件的输入力最优化问题．结果表明，冗余驱动可显著提高机器人的力传递能力。

关键词 冗余驱动 并联机器人 最优化 机器人

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冗余驱动的平面并联操作手的输入力优化 被引量：4

12

作者 蔡胜利 白师贤 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 1997年第2期37-41,共5页

介绍了带冗余驱动器的平面并联操作手的两种结构,基于动力学方程分析了它们对不同的优化目标的输入力最优化问题.结果表明,加入冗余驱动。

关键词 冗余驱动 平面并联操作手 最优化 输入力 操作手

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过驱动并联机器人驱动力矩的特解构造法 被引量：3

13

作者 闫彩霞 何广平 陆震 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期725-728,733,共5页

以一种平面三自由度过驱动并联机构为研究对象,分析其运动学方程,并采用虚功原理和等效力方法推导了该机构的动力学模型.讨论过驱动机构的容错性,给出了故障前后驱动关节力矩突变的定义.分析过驱动机构逆动力学方程解的不确定性,从提高... 以一种平面三自由度过驱动并联机构为研究对象,分析其运动学方程,并采用虚功原理和等效力方法推导了该机构的动力学模型.讨论过驱动机构的容错性,给出了故障前后驱动关节力矩突变的定义.分析过驱动机构逆动力学方程解的不确定性,从提高机构的可靠性以及容错性角度出发,提出一种新的过驱动机构驱动力矩分配思路,以驱动器集可靠度作为系数乘子,采用故障后力矩分配的确定解构造过驱动机构输入力矩的不确定解.将这种方法与传统的力矩分配方法所得到的各关节力矩突变之和进行比较,数据计算结果表明该方法具有更好的容错性能. 展开更多

关键词 过驱动 并联机器人 动力学 容错 可靠性 特解构造法

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考虑容错的平面二自由度过驱动机构力矩分配 被引量：2

14

作者 闫彩霞 何广平 陆震 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期244-248,共5页

针对过驱动机器人的故障驱动器数目不多于驱动冗余个数的情况,探讨如何进行故障前后的驱动力矩分配以保证机构具有容错能力.以平面二自由度过驱动并联机器人为研究对象,基于达朗伯原理和等效力方法建立其动力学模型,在此基础上分析了部... 针对过驱动机器人的故障驱动器数目不多于驱动冗余个数的情况,探讨如何进行故障前后的驱动力矩分配以保证机构具有容错能力.以平面二自由度过驱动并联机器人为研究对象,基于达朗伯原理和等效力方法建立其动力学模型,在此基础上分析了部分驱动器故障后机构的动力学方程,并进一步推导故障后容错力矩再分配方法.为减小故障后驱动力矩瞬时突变对机器人末端操作的影响,提出以故障前后的力矩差值平方和最小作为优化目标来进行过驱动机构力矩分配的方法.通过数据计算比较了采用传统方法和优化方法的各关节驱动力矩的突变量之和,结果表明所提出的优化力矩分配方法可以改善容错性能. 展开更多

关键词 过驱动 并联机器人 动力学 容错

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6自由度柔索并联机器人的动力学建模与抗扰控制 被引量：3

15

作者 刘欣 仇原鹰 盛英 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第18期5801-5806,共6页

大型射电望远镜柔索-馈源舱粗调子系统的改进方案通过8根柔索长度的协调变化来控制馈源舱的6自由度运动。首先进行了该机器人的运动学分析,并分别建立了末端执行器和驱动系统的动力学模型;其次,考虑柔索强度和电机负荷的约束条件,给出... 大型射电望远镜柔索-馈源舱粗调子系统的改进方案通过8根柔索长度的协调变化来控制馈源舱的6自由度运动。首先进行了该机器人的运动学分析,并分别建立了末端执行器和驱动系统的动力学模型;其次,考虑柔索强度和电机负荷的约束条件,给出了以索力范数为目标实时优化求解索驱动力的方法;在此基础上,针对系统的非线性、强耦合特点以及随机风荷对系统的扰动,提出了一种新的复合控制策略。即利用基于绳长关节空间的PD修正前馈控制器引入非线性状态反馈补偿,通过干扰观测器观测外部扰动对电机跟踪性能的影响,进行振动抑制。数值结果表明方法的有效可行。 展开更多

关键词 大型射电望远镜 柔索并联机器人 冗余驱动 复合控制

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冗余驱动消除Stewart并联机器人奇异位形 被引量：2

16

作者 李保坤 郭永存 +1 位作者 韩迎鸽 曹毅 《江南大学学报（自然科学版）》 CAS 2015年第5期512-517,共6页

阐述利用冗余驱动消除Stewart并联机器人机构奇异位形的原理。通过添加适当的冗余驱动,可将机构的雅可比矩阵保持为满秩状态,雅可比矩阵的奇异值大小也相应地保持为非零值。给出数值实例以验证上述方法的有效性。结果表明,通过添加适当... 阐述利用冗余驱动消除Stewart并联机器人机构奇异位形的原理。通过添加适当的冗余驱动,可将机构的雅可比矩阵保持为满秩状态,雅可比矩阵的奇异值大小也相应地保持为非零值。给出数值实例以验证上述方法的有效性。结果表明,通过添加适当的冗余驱动可有效消除机构的奇异位形,同时机构的运动传递性能得以极大改善。提出的方法对其他类型并联机器人机构奇异位形的消除具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 并联机器人 奇异位形 冗余驱动 奇异消除

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遗传算法优化的运动冗余3-PRRR平面并联机械手控制研究 被引量：9

17

作者 邓小芳 高锐 孙贵生 《中国工程机械学报》 北大核心 2019年第5期407-412,418,共7页

针对传统3-RRR平面并联机械手在奇点位置需要致动力矩无限大,无法实现平滑轨迹跟踪的问题,提出平面3-PRRR冗余并联机械手构形,基于雅可比矩阵方法建立了机械手的致动力矩模型.为避免运动奇点,提出一种利用二进制编码遗传算法,实现运动... 针对传统3-RRR平面并联机械手在奇点位置需要致动力矩无限大,无法实现平滑轨迹跟踪的问题,提出平面3-PRRR冗余并联机械手构形,基于雅可比矩阵方法建立了机械手的致动力矩模型.为避免运动奇点,提出一种利用二进制编码遗传算法,实现运动冗余平面并联机构跟踪期望轨迹的最小驱动力矩的优化方法.通过数学软件Matlab/Simulink对直线运动轨迹的非冗余3-RRR机械手、1-DOKR、2-DOKR和3-DOKR冗余机械手进行仿真,并进行了对比分析.结果表明:在轨迹上通过奇异点时,冗余机械手的输出力矩为较低的有限值,其致动力矩远低于非冗余机械手,随着自由度的增大,致动力矩进一步减小,最小致动力矩仅为原来的5.7%,证明了运动冗余的有效性. 展开更多

关键词 运动冗余 平面并联机械手 遗传算法 致动力矩 3-PRRR

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空间三自由度冗余驱动并联机构的加速度性能指标分析 被引量：2

18

作者 周结华 彭侠夫 《机床与液压》 北大核心 2015年第15期11-15,25,共6页

在建立空间三自由度冗余驱动并联机构Hessian矩阵的基础上,研究空间三自由度冗余驱动并联机构的加速度全域性能指标。在预设工作空间内,绘制加速度全域性能指标图谱。通过观察图谱,分析加速度全域性能指标随并联机构尺寸参数变化的分布... 在建立空间三自由度冗余驱动并联机构Hessian矩阵的基础上,研究空间三自由度冗余驱动并联机构的加速度全域性能指标。在预设工作空间内,绘制加速度全域性能指标图谱。通过观察图谱,分析加速度全域性能指标随并联机构尺寸参数变化的分布规律。结果表明:ηa的最大值为0.803 7,即加速度性能指标最优,对应的结构参数为l_1=3.0 m,l_2=4.0 m,l_3=0.5 m,l_4=3.0 m;加速度性能指标好的空间三自由度冗余驱动并联机构组型主要集中在2.5 m≤l_1≤3.0 m,3.5 m≤l_2≤4.0 m,0.5 m≤l_3≤1.0 m,2.5 m≤l_4≤3.0 m的区域。 展开更多

关键词 冗余驱动 并联机构 加速度 性能指标

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三自由度平面驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究 被引量：4

19

作者 王冰 周志权 聂旭萌 《机床与液压》 北大核心 2015年第3期34-37,28,共5页

以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并... 以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并绘制了刚度性能图谱。这些图谱将有助于该机器人机构的优化设计。 展开更多

关键词 并联机器人 驱动冗余 空间模型 性能图谱 刚度

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冗余驱动并联机构驱动力优化的新型算法设计

20

作者 周结华 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期534-539,共6页

针对冗余驱动并联机构驱动力分配存在不唯一的问题,运用各驱动器最大瞬时驱动力最小优化算法,对4-SP-S/S三自由度冗余驱动并联机构逆动力学模型展开优化分析.通过仿真实验分析,发现该算法的优化结果可能有存在力突变奇异点的缺陷.随后,... 针对冗余驱动并联机构驱动力分配存在不唯一的问题,运用各驱动器最大瞬时驱动力最小优化算法,对4-SP-S/S三自由度冗余驱动并联机构逆动力学模型展开优化分析.通过仿真实验分析,发现该算法的优化结果可能有存在力突变奇异点的缺陷.随后,从理论上分析了这种缺陷存在的合理性,设计了一种无力突变奇异且快速收敛的各驱动器最大瞬时驱动力最小优化算法.最后,通过仿真实验验证了新设计的优化算法的有效性. 展开更多

关键词 冗余驱动 并联机构 逆动力学 优化分析

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