新型6_PSS并联机器人工作空间分析
六自由度并联机器人工作空间分析
此外,数据分析还可以用于机器人的路径规划和碰撞检测等方面。例如,可以 通过分析机器人的运动学和动力学模型,优化机器人的路径规划算法,以实现 更高效和精确的自动化生产。同时,碰撞检测算法可以利用数据分析技术,检 测机器人与周围环境的碰撞风险,避免潜在的安全问题。
结论
本次演示对六自由度并联机器人工作空间分析进行了详细的探讨。通过综合考 虑几何约束和力约束,确定了工作空间的范围和特点。在此基础上,对自由度 进行了分析,并建立了相应的数学模型。最后,通过数据分析的方法进一步探 讨了机器人的运动学和动力学特性。这些知识对于实际应用和未来的研究具有 重要意义。
对于三自由度Delta并联机器人,其逆向运动学的求解相对复杂。一般需要通 过几何关系和代数运算来求解,且求解过程中需注意各关节变量的约束条件。 正向运动学则相对简单,可以通过机器人各关节的位移、速度、加速度等参数 进行计算。
Delta并联机器人的工作空间求 解
工作空间是Delta并联机器人在作业过程中,末端执行器可以达到的空间位置 集合。求解Delta并联机器人的工作空间,主要是通过逆向运动学的方法,将 末端执行器置于一系列不同的位置和姿态,然后通过正向运动学的方法求解出 每个位置和姿态下机器人各关节的状态,进而获得机器人的工作空间。
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2、高速度和高精度:由于机器人的结构简单,没有串联机器人的中间关节, 因此可以以更高的速度进行运动。由于机器人的结构刚性高,可以以更高的精 度进行运动。
3、负载能力强:由于机器人的连杆数量较多,每个连杆都具有较高的承载能 力,因此可以承受较大的负载。
4、结构紧凑:由于机器人的结构紧凑,可以节省空间,使得机器人在有限的 空间内工作。
5、稳定性好:由于机器人的结构简单,没有复杂的中间关节,因此具有更好 的稳定性,可以在恶劣的环境下工作。
新型6—PSS并联机器人工作空间分析
参 数对 工 作空 间 大 小 的影 响 。
交 位姿 。该 并 联 机器 人具 有 较好 的结 构 与装 配 工 艺性 , 较 为 理想 的 6自由 度微 操 作 手 和 6自由 是 度并 联 机 床 的构 型[ ] 2 。 门
新型 6 S 一P S并 联 机 器 人 工 作 空 间 分 析 — — 金 振 林 王 军 高 峰
个 坐 标 轴 分别 和 在初 始 位姿 的坐 标 系 { 的 原点 y}
与 3个坐 标轴 重 合 。 坐标 系 { 中 , 铰点 D, 在 y} 球 的 空 间位 置 以矢 量 D 表 示 ; 在坐 标 系 {, 中 , £} 参考
1 运 动 平 台 2 P S运 动 链 3 基 座 . .S .
图 2 机 器 人 初 始 位 姿
收 稿 日期 : 0 1 l — 2 20 一 1 9
于 基 础 立 方 体 的 几 何 中心 , 3个 坐 标 轴 分 别 与 基 础立 方 体 的 3个 互 相 垂 直 的边 平 行 ; 立 与 基 座 建
6 一P S并 联 机 器 人 是 由 S e r 平 台运 动 S twat
线 在 空 间两 两 互相 垂 直 ; 对 球 铰 的距 离 均 为 6 各 ,
链 分 支 的 变 异 演绎 而 来 的 , 种 机 器 人 具 有 驱动 这 器 可 以直 接 置 于 基 座 上 的 突 出优 点 , 到 国 内外 受 许 多 学者 的青 睐 [ 。 文 研究 一 种具 有 新颖 布局 1 本 ] 形 式 的 正交 6 S 一P S并 联 机 器 人 的 工 作 空 间 , 借 助 Malb软 件 , 制其 定 位 姿工 作 空间 任意 截 面 t a 绘 的 轮 廓 曲线 , 定 量 分 析 R Y 角 和 各 机 构 尺 寸 并 P
6_PSS并联机器人操作机平动工作空间解析
文章编号:100220446(2000)022********-PSS 并联机器人操作机平动工作空间解析α姜 兵 黄 田(天津大学机械工程学院 天津 300072)摘 要:提出一种求解62PSS 并联机器人操作机平动工作空间边界的解析方法.该方法将平动工作空间问题归结为三类子空间边界求交问题,即分别由六张球面片交集构成的上、下边界与由六张椭圆柱面交集构成的侧面边界的求交问题.文中还提出主工作空间的概念和相应的解析表达及工作空间评价指标,并探讨了设计参数对评价指标的影响规律.关键词:并联机器人;计算运动学;工作空间;曲面求交中图分类号: T P 24 文献标识码: B1 引言六自由度并联机器人操作机工作空间分析涉及已知尺度参数和关节变量变化范围,确定末端执行器的实现位姿的能力.在Stew art 平台[1]位置空间解析法研究方面,具有代表性的工作当属Jo [2]提出后经Go sselin [3]发展的几何法.该方法将固定动平台姿态时的工作空间边界问题归结为对十二张球面片求交问题.M erlet [4]和J i [5]等人也做了类似工作.黄田等人[6~10]利用曲面包络论,将可实现给定姿态能力的操作机工作空间边界解析归结为对十二张变心球面族包络面的求交问题.与Stew art 平台相比,62PSS 并联机器人操作机[11](图1)具有工作空间呈规则柱状、各截面运动学性质等同且驱动装置不随动等优点,但目前相关研究报导甚少.图1 62PSS 并联机器人操作机传动原理本文研究求解62PSS 并联机器人操作机平动工作空间的解析方法.该方法针对并联结构的特点,将确定平动工作空间问题归结为三类子空间边界求交问题.文中还提出主工作空间的概念,相应的解析表达式,以及工作空间评价指标,同时探讨了尺度参数对这些指标的影响规律.2 基本构型参数如图1所示,62PSS 并联操作机由六根垂直布置的导轨构成的静平台、六条定长杆(后称支链)和动平台组成,各支链一端用球铰(S )与滑块(P )连接,另端用球铰(S )与动平台连接,各铰的联结顺序为C i -A i (i =1,2,…,6).通过伺服驱动改变滑块位置,可实现动平台六维空间运动.第22卷第2期2000年3月机器人 ROBO T V o l .22,N o.2M arch,2000α国家自然科学基金(59775006)资助项目.收稿日期:1999-05-10在动、静平台上建立连体系O ′2x ′y ′z ′和固定参考系O 2xy z 如图1.按O 2B i 2C i 2A i 2O ′构成六条单开链,点O ′在系O 2xy z 下的位矢r 可表示为r =b i +q i e 3+L w i -R a 0i i =1,2,…,6(1)图2 操作机平台尺度参数式中q i ,w i ——支链i 的滑块位移量和支链单位矢量;b i ,a 0i ——点B i 、A i 在系O 2xy z 和系O ′2x ′y ′z ′下的度量;L ——支链长度;R ——系关于系O 2xy z 的姿态矩阵.e 3=[001]T为满足结构对称性要求,设点A i ,B i ,布置如图2,且为了在不发生支链干涉条件下提高操作机的灵活度,对动平台按奇偶铰点分层.定义当动、静平台平行,点O ′位于z 轴上,且系O ′2x ′y ′z ′与系O 2xy z 间无旋转时的位形为初始位形.据此,点A i ,B i 在系O ′2x ′y ′z ′和O 2xy z 下的位矢可表示为a 0i =L k (n ai -M v e 3) b i =ΛL k n bi(2)式中n bi =[co s Β1i sin Β1i 0]T n ai =[co s Β2i sin Β2i 0]T Βk ,i =1,3,5=Α0+Αk +(i -1)Π3 Βk ,i =2,4,6=Α0-Αk +(i -2)Π3v =h 0r a k =r a L =sin Υ0Λ2-2Λco s Α+1 Λ=r b r a Α=Α2-Α1i =1,2,…,6 k =1,2 M =0 i =1,3,51 i =2,4,6式中Β1i ,Β2i ,Α0,Α1和Α2——b i 和a 0i 的位置角,初始角和分离角;r a ,r b ,h 0——动、静平台半径及动平台分层偏距;Λ,Α——静、动平台半径比和结构扭角;v ——动平台偏距与其半径之比;Υ0——初始位形下支链单位矢量w i 与z 轴间夹角.在此称Λ,Α,v 和Υ0为操作机的基本构型参数.后续分析表明,这些参数将直接影响工作空间的大小和形状.3 工作空间解析62PSS 并联操作机的工作空间主要受到滑块行程和球铰转角两类几何约束的作用.其中,球铰转角约束是基于避免奇异位型[12]和球铰机械结构干涉两种考虑.现分别针对这两类约束构造平动工作空间边界.3.1 受滑块行程约束的平动工作空间边界如图1所示,当仅考虑动平台平动,且仅受滑块行程约束时,点O ′在O 2xy z 下的位矢r 满731第22卷第2期姜兵等: 62PSS 并联机器人操作机平动工作空间解析足以r 0i =b i +q 0e 3-a 0i (q 0=q m ax (q m in ),q m ax (q m in ))为球心,以L 为半径的球面约束方程S q 0:r =r 0i +L w i(3)由并联机构工作空间构成原理[8]可知,操作机平动工作空间上、下界W1和W 2可分别表示为6张球面片的交集W 1=∩6i =1S +q m ax ,i W 2=∩6i =1S -q m in ,i (4)在此,S +表示球面片的外表面边界,S -表示球面片的内表面边界.3.2 受球铰转角约束的平动工作空间边界为了充分利用球铰的许用锥角,令其安装平面的外法矢与操作机处于初始位形时的单位矢量w 0i 重合.在铰点C i 中心建立固定参考坐标系C i -x ci y ci z ci ,使得轴z ci 与w 0i 重合,轴x ci 与w 0i ×e 3同向,轴y ci 满足右手准则,并令系C i -x ci y ci z ci 相对系O 2xy z 的姿态矩阵为R 0i .于是,支链在初始位形时的单位矢量w 0i 可表示为w 0i =((co s Β2i -Λco s Β1i )k (sin Β2i -Λsin Β1i )k -co s Υ0)T (5)同理,在铰点A i 建立坐标系A i 2x ai y ai z ai .因系C i 2x ci y ci z ci 和系A i 2x ai y ai z ai 平行,故矢量w i 在系O 2xy z 和系C i 2x ci y ci z ci (或A i 2x ai y ai z ai )下可分别表示为w i =R 0i w ′i w ′i =[co s Φsin Γ sin Φsin Γ co s Γ]T (6)式中Φ,Γ——w i 在系C i 2x ci y ci z ci (或A i 2x ai y ai z ai )下的球坐标.不失一般性,略去单开链下标,并将式(1)改写为r =L R 0w ′+r 0(7)考虑到工作边界必为约束起作用边界,故当点O ′达到工作空间边界时,w 与w 0必满足如下圆锥面约束w T w =co s ∆0,∆0=m in (∆b ,∆a )(8)图3 工作空间几何描述式中∆b ,∆a ——与滑块和动平台相连球铰的许用半锥角化简式(8),可得运动学位置逆解模型q =c T e 3+L 2-(c T e 1)2-(c T e 2)2(9)式中c =r +a 0-b ,e 1=(100)T ,e 2=(010)T将式(9)代入式(3),w 可表示为w =1L(c T e 1c T e 2-L 2-(c T e 1)2-(c T e 2)2)T (10)显然,w 与r 的z 坐标无关,故受球铰约束时的平动工作空间是满足w T w 02co s ∆0=0等式约束的柱体.由式(7)知,给定q 后,O ′的轨迹在以r 0矢端为球心,L 为半径,曲面坐标为Φ∈[02Π]和Γ∈[0∆0]的球冠上.如图3所示,当Γ=∆0,球冠边界上任一点的单位矢量可表示为w =R 0[co s Φsin ∆0 sin Φsin ∆0 co s ∆0]T (11)831 机 器 人2000年3月即球冠边界是一半径为L sin ∆0的空间圆.由投影几何知,单开链工作子空间在任意z 截面的边界为该圆在x 2y 平面的投影边界,即长半轴等于L sin ∆0,短半轴等于L sin ∆0co s Υ0,中心矢量为r e =(co s ∆0-1)(co s Β2i -Λco s Β1i sin Β2i -Λsin Β1i 0)T +z e 3(12)的椭圆.在r 0e 的矢端建立局部系E 2x e y e z e ,使得轴x e ,y e 和z e 分别与椭圆长轴、短轴及z 轴方向一致.由图3可见,因轴y e 与w 0在x 2y 平面内的投影方向一致,故可导出支链工作子空间S -3的边界方程r =r 0e +R Χr ′(13)式中R Χ=co s Χi -sin Χi0sin Χi co s Χi0001 r ′=Θco s ΥΘsin Υ0Θ=L sin ∆0co s Υ01-sin 2Υ0co s 2Υ Χi =tan-1(ςtan Β2i +(-1)iς+(-1)i tan Β2i)-Π2 ς=1-Λco s Αsin ΑΘ,Υ——系E 2x e y e 下的极坐标.于是,根据并联操作机的结构特点,受球铰约束时工作空间边界可表示为W 3=∩6i =1S -3i (14)而总体平动工作空间则可表示W i (i =1,2,3)的交集W =∩3i =1W i (15)3.3 求解关于任意截面工作空间边界的算法由上述分析可见,在任意z 截面内,平动工作空间是若干圆和椭圆所包含区域的交集,且边界方程是以支链的局部坐标表示的.为了构造总体工作空间边界,需要实施局部至总体的坐标变换.给定z 坐标后,任意单开链在总体坐标系O 2xy z 下的边界方程可表示为(r δ-r δ0)T (r δ-r δ0)=L 2-(z -z 0)2(r δ-r δ0e )T (r δ-r δ0e )=Θ2 若边界满足圆方程若边界满足椭圆方程(16)式中r δ=Θδ(co s Η sin Η)T r δ0=(x 0 y 0)T r δ0e =(x 0e y 0e )T Θδ,Η——系O 2xy 下的极坐标,且Υ满足方程tan Η-y 0e +Θsin (Υ+Χ)x 0e +Θco s (Υ+Χ)=0.据此,式(16)可表示为形如Θδ2+B Θδ+C =0(17)的二次方程.式中B =-2x 0co s Η-2y 0sin Η,C =x 20+y 20+(z -z 0)2-L 2B =-2x 0e co s Η-2y 0e sin Η,C =x 20e +y 20e -Θ2 若边界满足圆方程若边界满足椭圆方程据此,可构造求解工作空间边界的算法如下:(1)给定z 和极角Η,由式(17)求解单开链工作子空间边界的极径Θδ;(2)若Θδ有一个大于或等于零的实根,则取该值;若Θδ有两个大于或等于零的实根,则取Θδ=m in (Θδ1,Θδ2);若Θδ无实根,则令Θδ=+∞;931第22卷第2期姜兵等: 62PSS 并联机器人操作机平动工作空间解析(3)取所有单开链工作子空间边界极径的最小值Θδm in 为关于Η的极径;(4)对z 和Η循环,即可求出整个工作空间边界.4 设计参数对工作空间的影响规律为了有效的评价工作空间的大小,定义与平动工作空间侧面边界内切的圆柱体为主工作空间.易导出其半径和高分别为r =L (sin (∆0+Υ0)-sin Υ0)(18a )h =s -L (1-(2sin Υ0-sin (Υ0+∆0))2-co s (Υ0+∆0))-2v r a (18b )式中s =q m ax -q m in若设主工作空间与操作机体积比越大构型越优,则可定义如下评价指标Ε1=r r b ,Ε2=s -h r b (19)且应设计构型参数使得Ε1→m ax ,Ε2→m in .由式(2),(18)和(19)可得Ε1=(1 Λ-co s Α)2+sin 2Α(csc Υ0sin (∆0+Υ0)-1)(20)Ε2=(1 Λ-co s Α)2+sin 2Αcsc Υ0(1-(2sin Υ0-sin (Υ0+∆0))2-co s (Υ0+∆0))+2v Λ(21)图4 设计参数Λ,Α,v 和Υ0对Ε1和Ε2的影响规律图4示出了参数Λ,Α,v 和Υ0对Ε1和Ε2的影响规律.由图4可见:041 机 器 人2000年3月(1)当时Λ=1co s Α,Ε1和Ε2取得极小值.若Λ≥1co s Α,Ε1随Λ增加单调增加;当v 较小时,Ε2随Λ增加亦单调增加,反之亦反.(2)Ε1和Ε2随Α增加单调增加,而随Υ0增加单调减小.(3)v 对Ε1无影响,但Ε2随v 增加单调增加.值得指出,在尺度综合时,还应考虑灵活度和姿态能力等多种因素,以确定构型参数.5 算例利用上述方法对一62PSS 并联操作机进行工作空间分析,尺度参数如表1.表1 尺度参数∆0Υ0Α1Α2Αv Λr ar b s L 30°38°5°60°55°0.561698.91 图5示出了关于给定尺度参数的工作空间和主工作空间边界.经计算知,主工作空间为一Υ5.56×2.85的圆柱体.图6示出了在任意截面内,各单支链工作子空间与总体工作空间的求交关系,及后者与主工作空间的包容关系.图5 工作空间三维视图 图6 工作空间z 截面6 结论本文研究了62PSS 并联机器人操作机平动工作空间边界解析方法,得到如下结论:(1)平动工作空间归结为三类边界所包含的空间的交集,即由六张球面片交集构成的上、下边界与由六张椭圆柱面交集构成的侧面边界的求交问题.(2)所提出主工作空间的概念不仅可用于对不规则工作空间的度量,而且具有关于设计参数的显式解析表达.在此基础上提出的无量纲评价指标,可充分表征设计参数对工作空间的影响规律.(3)本方法还可用于求解三自由度平动32PSS 并联机器人操作机的工作空间.141第22卷第2期姜兵等: 62PSS 并联机器人操作机平动工作空间解析241 机 器 人2000年3月参 考 文 献1 Stew art D.A P latfo r m w ith6D egrees of F reedom.P roc Inst M ech Eng,1965,180:381-3862 Jo D Y.W o rk space A nalysis of C lo sed L oop M echanis m s w ith U nilateral Constraints.A S M E D es Eng D iv Pub,A dv inD es A utom at,1989,3:53-603 Go sselin C.D eter m inati on of the W o rk space of62dof Parallel M ani pulato rs.A S M E J M ech D es,1990,112(3):331-3364 M erlet J P.Geom etrical D eter m inati on of W o rk space of a Constrained Parallel M ani pulato rs.in A R K,F rance,1992, 326-3295 J i Z.W o rk space A nalysis of Stew art P latfo r m s V ia V ertex Space.J Robo tic System s,1994,11(7):631-6386 黄田,汪劲松,W h itehouse D J.Stew art并联机器人位置空间解析.中国科学(E辑),1998,28(2):136-1457 H uang T,W ang J S,W h itehouse D J.C lo sed Fo r m So luti on to H exapod2based V irtual A xisM ach ine Too ls.A S M E J of M echanical D esign,1999,21(1):26-318 H uang T,W ang J S,Yuan J X.D eter m inati on of C lo sed Fo r m So luti on to Po siti on W o rk space of Stew art P latfo r m.A S M E25thB iennialM echanis m Conf,D ETC98 M ECH6001,19989 H uang T,W ang J S,W h itehouse D J.T heo ry and M ethodo logy fo r K inem atic D esign of Gough2stew art P latfo r m s.Sci2 ence in Ch ina(Series E),1999,42(4):1-1210H uang T,W h itehouse D J,W ang J S.L ocal D exterity,Op ti m um A rch itecture and D esign C riteria fo r ParallelM ach ine Too ls.A nnals of C I R P,1997,47(1):347-35111P ritschow G,W urst H K.System atic D esign of H exapods and O ther Parallel L ink System s.A nnals of C I R P,1997,46(1):291-29512J iang B,et a l.D exterity D esign of62PSS ParallelM ani pulato rs.P roc of the10th TMM W o rld Congress,O ulu,F inland, 1999CLOSED FOR M S OL UT I ON T O TRANS LAT I ONALWORKSPACE OF6-PSS PARALL EL M AN IPULAT ORSJ I AN G B ing HUAN G T ian(S chool of M echan ica l E ng ineering,T ianj in U n iversity,T ianj in,300072) Abstract:T he m ethod to fo r m ulate the clo sed fo r m so luti on to the translati onal w o rk space boundary of62 PSS parallel m ani pulato rs is p ropo s.W ith a understanding of the k inem atic characteristics of the m ani pula2 to r,the w o rk space boundary as a w ho le is fo r m ulated as the intersecti on of th ree subsets,i.e.tw o subsets p roduced by the intersecti on of six spherical surfaces,and one subset p roduced by the intersecti on of six elli p2 tical cylindrical surfaces.T he p ri m ary w o rk space is also defined and the influence of the structural param eters on such w o rk space is discussed. Keywords:Parallel m ani pulato rs,computati onal k inem atics,w o rk space,surface intersecti on作者简介: 姜 兵(19722),男,博士研究生.研究领域:并联机器人机构学.。
并联机器人的工作空间分析
8.1 并联机器人的工作空间的概念
4)灵巧工作空间 灵巧工作空间又称灵活工作空间,是指操作器可以从 任何方向到达的点的集合,或者说,在灵巧工作空间内的任 意位置点,操作器能从所有方位到达,再或者说,在操作器 全方位空间下,操作器具有最大位置的工作空间。 灵巧工作空间不要求操作器的位 置最大,只要求操作器具有全方位,对 于进动角来说,进动角为0~360º。
ni 在定坐标系OXYZ下的位置的列矩阵:
A ni
A L~i A Li1 A L~i A Li1
(8-9)
图8-2 相邻两连杆间的连杆间距
8.2.2 并联机器人的工作空间的限制条件
4. 奇异位形的限制条件
并联机构不产生奇异位形的限制条件:
det J q 0
(8-10)
图8-1 具有操作器的6-SPS并联机构
3. 操作器的方位表示 最常用的操作器的方位参数或姿态参数是欧拉角中的进 动角 、章动角 和自旋角 ,也有用其他形式的欧拉角或用 RPY角。 操作器固定在动平台上,动平台与操作器的方位参数相 同。
8.1 并联机器人的工作空间的概念
4. 工作空间的表示 工作空间的边界在二维平面上表现为曲线,在三维空间 中表现为曲面,在大于三维的超空间中,用曲面表示3维工 作空间的边界,且用文字、色彩等表示第4、5和6维的工作 空间。 工作空间等于或大于三维时,可绘出工作空间曲面的截 面,这可清楚表达工作空间内部的结构。可以用直角坐标表 示工作空间的曲线和曲面,也可以用极坐标表示工作空间的 曲线和曲面,用何种形式的坐标表示工作空间的曲线和曲面, 以清楚和方便地表达工作空间为原则。
图8-1 具有操作器的6-SPS并联机构
8.2.1 具有操作器的6-SPS并联机构及操作器的位姿分析
一种新型6-PRRS并联机器人工作空间分析
p l sa d mo i g p a f r Th r s a eo h o e n v n l to m. e wo k p c ft e6
— —
P RRS p r le o o d c d b h s m e h d s a al l b t e u e y t i r t o i
LI U Yu—b n Z i . HAO i . J e YANG n Yo g—g n ・ a g CAIHe—g o a
( b tRe e r h I s i t . r i n tt t fTe h o o y Ha b n 1 0 0 , h n ) Ro o s a c n t u e Ha b n I s i eo c n l g . r i 5 0 1 C i a t u
载 能力高 、 出精 度 高 及惯 性 小 等 优 点 。 由于并 联 输
机 器人 的研究 起步 比较 晚 , 且其 自身结 构复 杂 , 而 所
以关 于并 联 机 器人 工 作 空 间 方 面 的 研 究 文章 不 太
是指参 考点 可 以从 任意方 向达 到的点 的集 合 。
2 工 作 空 间约 束条 件
1
v r e u. e y us f 1
Ke r s wo k p c ; a a l lr b t i t r e — y wo d : r s a e p r l o o ;n e f r e
e n Ce
图 l 6 R 并 联 机 器 人 一P RS
人 的工作 空间 是衡量 其 性能 的重要 指标 。根 据操作
摘要 : 于运动 学逆 解 求取 了并 联 机 器人 理 论 基 工作 空间 , 此基础 上通 过判 断杆件 间的干 涉情况 、 在 虎克铰 转 角情 况 、 杆件 与 运 动 平 台之 间 的干 涉 关 系
并联机构工作空间方法的分析
并联机构工作空间方法的分析【摘要】本文主要介绍了并联机构工作空间方法,包括其基本概念、数学建模、优势和局限性、应用领域以及发展趋势。
通过对并联机构工作空间方法的深入分析,揭示了该方法在机器人领域中的重要性,并展望了未来的发展方向。
文章指出并联机构工作空间方法在提高机器人精度、灵活性和速度方面的潜力,同时也提出了未来可能的研究方向,为该领域的进一步发展提供了有益的参考。
通过该研究,可以更好地了解并利用并联机构工作空间方法,推动机器人技术的发展,为未来的智能制造和自动化领域带来更多的可能性。
【关键词】并联机构、工作空间方法、背景、意义、目的、基本概念、数学建模、优势、局限性、应用领域、发展趋势、重要性、未来展望、研究方向。
1. 引言1.1 介绍并联机构工作空间方法的背景随着工业4.0的到来,对于并联机构工作空间方法的研究被赋予了更高的期望。
并联机构可以在较小的空间内完成复杂的运动任务,因此在具有空间限制的场景下具有独特的优势。
目前,研究人员们正致力于探索如何进一步提高并联机构的性能和适应性,以满足不断变化的市场需求。
在本文中,我们将介绍并联机构工作空间方法的基本概念和数学建模,探讨其优势和局限性,分析其应用领域和发展趋势。
通过深入研究并联机构工作空间方法,我们可以更好地理解其在工程领域中的作用与重要性,为未来的研究和应用提供有益参考。
1.2 说明研究的意义并联机构工作空间方法的研究具有重要意义。
通过对并联机构工作空间方法进行深入研究,可以帮助人们更好地理解并联机构的工作原理和特性,从而为机器人设计和控制领域提供理论支持和指导。
通过研究并分析并联机构工作空间方法的优势和局限性,可以为工程师们选择合适的机构设计方案和控制策略提供参考,有助于提高机器人系统的性能和效率。
深入研究并联机构工作空间方法的发展趋势和应用领域,有助于开拓新的机器人应用领域,推动机器人技术的进步和发展。
研究并联机构工作空间方法具有重要的理论和实践意义,对促进机器人技术的发展和应用具有积极的推动作用。
并联机器人的工作空间分析
并联机器人的工作空间分析并联机器人是指由多个自由度的机械臂并联组成的机器人系统。
与串联机器人相比,它具有更高的刚度、精度和重负荷能力。
在实际应用中,机器人的工作空间分析是非常重要的,因为它可以帮助工程师确定机器人可以到达的位置和姿态范围,从而指导机器人的路径规划和任务执行。
1.坐标系的建立:在进行工作空间分析之前,首先要建立合适的坐标系。
对于并联机器人来说,常用的坐标系有世界坐标系、基座坐标系和工具坐标系等。
世界坐标系是地面上的固定坐标系,用于描述机器人在空间中的位置和姿态。
基座坐标系是机器人基座上的坐标系,用于描述机器人基座相对于世界坐标系的位置和姿态。
工具坐标系是机器人末端执行器上的坐标系,用于描述末端执行器相对于基座坐标系的位置和姿态。
2.正运动学分析:正运动学分析是根据机器人的结构参数和关节角度,计算机器人末端执行器的位置和姿态。
对于并联机器人来说,正运动学分析通常采用解析法或迭代法进行计算。
通过正运动学分析可以确定机器人工作空间的形状和范围。
3.雅可比矩阵的计算:雅可比矩阵是机器人运动学分析中的重要工具,用于描述机器人末端执行器位置和姿态变化与关节角速度的关系。
通过雅可比矩阵的计算,可以确定机器人在一些给定位置和姿态下的可达性和灵敏度。
4.工作空间约束分析:工作空间约束分析是指确定并联机器人工作空间的边界和限制条件。
常见的工作空间约束包括关节极限、机构碰撞、着地约束等。
通过工作空间约束分析,可以避免机器人在工作过程中发生碰撞或超出设计范围的问题。
5.相对运动学分析:相对运动学分析是指描述机器人末端执行器相对于基座坐标系的运动范围和姿态变化。
常见的相对运动学分析方法包括球面坐标系描述法、欧拉角描述法和四元数描述法等。
通过相对运动学分析,可以确定机器人在不同工作姿态下的工作空间范围和运动自由度。
6.碰撞检测和障碍物规避:在工作空间分析中,还需要考虑到机器人在工作过程中可能遇到的障碍物和环境限制。
一种非对称6-PSS并联机构的工作空间和灵活度研究
坐标 系 O .~ , Yz 坐标 原 点 O位 于铰 链点 外 接 椭 圆 的 中心 , 为动 坐标 系原 点 O距 离定 平 台 的高 度值 。
Ke r s:pa allma i lt rwor s c i g lrt e trt y wo d r l n pu a o e k pa e s u aiy d x e i n y
0 引言
自2 0世纪 7 0年 代 末 , u t 提 出 了一 种 并 联 机 H n… 器人 机 构之后 , 内外 众 多 学 者 对并 联 机 构 进 行 了研 国 究 。K nr ua_ 对机器 人 的工作 空 间进行 了研 究 , 2 将其 分 为 位 置 可 达 空 间 , 态 可 达 空 间 和 灵 活 度 空 间。 姿
1 机 构 的 结 构
本研 究 的机构 如图 1所示 , 平 台 为一 六 边形 , 动 铰 链 点 A. A 对称 分布 在一 椭 圆 上 , ~ 非 6根杆 长 f 同。 相
Fih r c e[
,
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空间 , 出末 端 位 姿 , 而 构 造 工 作 空 间 。 M rt 和 求 从 el e 黄真 ¨。 。应用优 化 法 , 据 约 束 方 程 的 限 制 作 用 , 过 根 通
o t An u s m ni . ny er a - . e wo k p c n i g l i i ee t t c l P S p l l n p l rWa p e e t Th r s a e a d s u a t i d fr n i 6 r l t d n ry n f
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6-RSS并联机器人动力学与控制研究
6-RSS并联机器人动力学与控制研究6-RSS并联机器人动力学与控制研究引言并联机器人是指由多个平行连接构成的机械结构,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。
6-RSS并联机器人是一种典型的并联机器人结构,它由六个平行结构的自由度所组成。
本文将介绍6-RSS并联机器人的动力学与控制研究的最新进展。
一、6-RSS并联机器人的动力学建模动力学建模是研究机器人运动和力学性能的基础,对于实现机器人的精确控制至关重要。
6-RSS并联机器人的动力学建模可以采用拉格朗日方法或牛顿-欧拉方法。
这两种方法都是常用的机器人动力学建模方法,可以描述机器人结构的运动学和动力学特性。
二、6-RSS并联机器人的逆动力学控制逆动力学控制是指根据所期望的机器人末端运动来计算所需要的关节力和力矩,从而实现末端运动的精确控制。
逆动力学控制是关节空间控制的一种重要方法。
对于6-RSS并联机器人,可以通过将逆动力学控制问题转化为代数方程组的求解来实现。
三、6-RSS并联机器人的前向动力学控制前向动力学控制是指根据所给定的关节力和力矩来计算机器人末端的运动,并用于机器人的轨迹规划和控制。
前向动力学控制是一种模型预测控制方法,可以通过数值求解差分方程来实现6-RSS并联机器人的运动控制。
四、6-RSS并联机器人的优化控制优化控制是指根据所给定的性能指标和约束条件来优化机器人的运动控制策略。
在6-RSS并联机器人的运动控制中,可以通过优化控制方法来实现机器人的性能优化和约束条件的满足。
五、6-RSS并联机器人的仿真实验仿真实验是验证动力学与控制策略有效性的一种重要手段。
通过将6-RSS并联机器人的动力学模型与控制算法实现仿真,并与实际机器人运动进行对比,可以评估和改进控制策略的性能。
六、6-RSS并联机器人的应用前景6-RSS并联机器人在工业生产和科学研究中有广泛的应用前景。
它可以用于精确定位和操作、高速加工和装配等任务,对提高生产效率和产品质量具有重要意义。
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着工业自动化和精密制造的快速发展,并联机器人技术已成为现代制造业的重要支柱。
其中,6-PSS并联宏动平台以其高精度、高速度和高负载能力的特点,在各个领域得到了广泛应用。
本文旨在全面分析6-PSS并联宏动平台的性能,包括其结构特点、运动学分析、动力学特性以及实际应用中的性能表现。
二、结构特点6-PSS并联宏动平台主要由六个驱动的并联支链组成,每个支链均由一个移动副和一个旋转副组成。
该平台具有结构紧凑、刚度高、承载能力强等特点。
此外,其模块化设计使得平台易于维护和升级。
三、运动学分析6-PSS并联宏动平台具有较高的运动学性能。
通过对平台进行正逆运动学分析,可以得出各驱动支链的位移、速度和加速度与平台末端执行器位置之间的关系。
此外,该平台还具有较高的工作空间和灵活性,能够满足复杂工况下的作业需求。
四、动力学特性6-PSS并联宏动平台的动力学特性主要体现在其高刚度和低振动性。
通过对平台进行动力学建模和仿真分析,可以得出各驱动支链的力传递特性和动态响应性能。
此外,通过优化设计,可以进一步提高平台的动态性能,使其在高速、高精度运动中表现出色。
五、实际应用中的性能表现6-PSS并联宏动平台在实际应用中表现出较高的性能。
首先,该平台具有较高的定位精度和重复定位精度,能够满足精密制造和检测的需求。
其次,其高速度和高加速度的特性使得平台能够在短时间内完成复杂任务。
此外,平台的模块化设计和良好的可维护性使得在实际使用过程中便于维修和保养。
六、与其它平台的比较与传统的串联机器人相比,6-PSS并联宏动平台具有更高的刚度和负载能力,同时保持了较高的运动灵活性和精度。
此外,该平台在高速运动中表现出色,能够满足现代制造业对高效率、高精度的要求。
然而,该平台在复杂环境下的适应性仍有待提高,需要进一步优化设计以满足更多应用场景的需求。
七、结论与展望综上所述,6-PSS并联宏动平台具有较高的性能表现和广泛的应用前景。
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着工业自动化和精密制造的快速发展,并联机器人技术得到了广泛的应用。
其中,6-PSS并联宏动平台作为一种典型的并联机器人结构,因其高精度、高速度和高负载能力而备受关注。
本文将对6-PSS并联宏动平台的性能进行详细分析,以期为相关研究和应用提供参考。
二、6-PSS并联宏动平台结构概述6-PSS并联宏动平台主要由六个驱动的连杆、六个被动关节以及一个固定平台和移动平台组成。
这种结构使得平台具有较高的刚性和承载能力,同时能够实现多方向的运动。
其工作原理是通过六个连杆的伸缩,驱动移动平台进行三维空间运动。
三、性能分析1. 运动性能6-PSS并联宏动平台具有较高的运动性能,能够实现高速度、高精度的运动。
其运动范围广泛,可以满足多种应用场景的需求。
此外,该平台的运动学逆解和正解均较为简单,便于控制和优化。
2. 承载能力6-PSS并联宏动平台采用高刚性的结构设计,具有较高的承载能力。
同时,其六个连杆的分布使得平台在承载时能够分散应力,提高平台的稳定性和寿命。
3. 精度性能该平台具有较高的定位精度和重复定位精度。
其连杆的伸缩通过高精度的伺服系统控制,实现微米级的定位精度。
此外,平台的结构设计和控制系统优化也能够提高其精度性能。
4. 动态性能6-PSS并联宏动平台具有良好的动态性能,能够快速响应外部扰动和变化。
其控制系统采用先进的控制算法,能够实现高精度的轨迹跟踪和姿态调整。
四、实验与分析为了验证6-PSS并联宏动平台的性能,我们进行了多项实验。
实验结果表明,该平台具有较高的运动速度、定位精度和承载能力。
同时,其在复杂工况下的稳定性和可靠性也得到了验证。
此外,我们还对平台的控制系统进行了优化,进一步提高了其性能。
五、结论通过对6-PSS并联宏动平台的性能分析,我们可以得出以下结论:1. 该平台具有较高的运动性能、承载能力和精度性能,能够满足多种应用场景的需求。
2. 平台的结构设计和控制系统优化能够提高其动态性能和稳定性能,使其在复杂工况下仍能保持良好的性能。
《2024年6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展,高精度、高速度的加工与操作技术得到了广泛应用。
在此背景下,6-PSS并联宏动平台以其高精度、高稳定性和良好的灵活性成为现代自动化工业中的重要设备。
本文旨在分析6-PSS并联宏动平台的性能,通过理论分析、实验验证和比较研究,为相关领域的应用提供参考。
二、6-PSS并联宏动平台概述6-PSS并联宏动平台是一种高精度的并联机器人系统,由六个线性驱动器和一个平台组成。
其独特的结构使其在各种应用场景中具有很高的稳定性和灵活性。
6-PSS系统广泛应用于高精度装配、精密测量和机器人加工等领域。
三、性能分析(一)结构性能6-PSS并联宏动平台采用模块化设计,具有较高的结构刚性和稳定性。
该平台结构紧凑,可适应不同的工作环境。
此外,其模块化设计使得维护和升级更加方便。
(二)运动性能6-PSS并联宏动平台具有高速度和高精度的运动性能。
其运动轨迹可精确控制,满足各种复杂运动需求。
同时,该平台具有较高的负载能力,可适应各种工业应用场景。
(三)精度性能该平台采用先进的控制算法和传感器技术,实现了高精度的位置和姿态控制。
通过实验验证,该平台的定位精度和重复定位精度均达到较高水平。
此外,该平台还具有较好的抗干扰能力,可有效降低外界因素对精度的影响。
(四)稳定性性能6-PSS并联宏动平台在运动过程中具有较高的稳定性。
其独特的结构设计使得平台在高速运动时仍能保持较高的精度和稳定性。
此外,该平台还具有较好的抗振动性能,可有效降低振动对精度和稳定性的影响。
四、实验验证与比较研究为验证6-PSS并联宏动平台的性能,我们进行了多项实验和比较研究。
实验结果表明,该平台在定位精度、重复定位精度、运动速度和负载能力等方面均表现出色。
与同类产品相比,6-PSS 并联宏动平台在精度和稳定性方面具有明显优势。
此外,我们还对不同控制算法和传感器技术进行了比较研究,发现先进的控制算法和传感器技术可进一步提高平台的性能。
《2024年6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,精密制造、自动化生产线、机器人技术等领域对设备的高精度、高速度和高效率要求越来越高。
其中,并联机器人作为一类具有高精度、高刚度和高稳定性的设备,在各个领域得到了广泛的应用。
6-PSS并联宏动平台作为并联机器人的一种,具有结构紧凑、运动灵活、承载能力强等优点,在工业自动化和精密制造领域具有广泛的应用前景。
本文旨在分析6-PSS并联宏动平台的性能,为相关领域的研究和应用提供参考。
二、6-PSS并联宏动平台结构概述6-PSS并联宏动平台主要由六个驱动器(如电机)和六个平行四边形结构(PSS)组成。
每个驱动器通过一个平行四边形结构与平台相连,实现平台的宏动功能。
该平台具有结构紧凑、运动灵活、承载能力强等优点,适用于各种复杂的工作环境。
三、性能分析(一)运动性能分析6-PSS并联宏动平台采用多驱动器并联方式,通过多个独立驱动器协调工作,实现对平台的高精度、高速度运动控制。
由于结构紧凑、刚度高,平台具有较小的运动惯性,能够实现快速响应和精确控制。
此外,该平台还具有较高的承载能力,能够满足各种复杂的工作环境需求。
(二)动态性能分析在动态性能方面,6-PSS并联宏动平台表现出较好的稳定性。
由于多个驱动器的协同作用,平台能够抵抗外界干扰和振动,保持稳定的运动状态。
此外,平台还具有较高的速度和加速度性能,能够快速响应外部指令,实现高效率的工作流程。
(三)精度性能分析在精度性能方面,6-PSS并联宏动平台具有较高的定位精度和重复定位精度。
由于采用多驱动器协同控制,平台能够实现高精度的位置控制,满足精密制造和自动化生产的需求。
此外,平台还具有较小的误差积累和补偿能力,能够提高系统的整体精度性能。
(四)可靠性分析在可靠性方面,6-PSS并联宏动平台采用模块化设计,便于维护和检修。
同时,该平台还具有较高的抗干扰能力和环境适应性,能够在复杂的工作环境中稳定运行。
新型三支链六自由度并联机器人运动学分析及工作空间分析
新型三支链六自由度并联机器人运动学分析及工作空间分析河北工业大学硕士学位论文目录第一章绪论 (1)1.1 选题背景和意义 (1)1.2 国内外并联机器人的研究现状 (2)1.2.1 国外并联机构研究现状 (2)1.2.2 国内并联机构研究现状 (3)1.2.3 研究方法 (4)1.2.4 并联机构的应用 (6)1.3 本文研究的内容 (9)第二章新型并联机器人的构型分析 (11)2.1 引言 (11)2.2 新型并联机器人的结构分析 (11)2.2.1 新型三支链六自由度并联机器人描述 (11)2.2.2 机构的工作原理和过程 (12)2.3 自由度分析 (13)2.4 本章小结 (14)第三章运动学分析 (15)3.1 引言 (15)3.2 位置反解分析 (15)3.2.1 新型并联机器人的具体分布 (16)3.2.2 新型并联机器人的坐标系建立 (16)3.2.3 新型并联机器人的位置反解分析 (17)3.3 速度加速度分析 (24)3.3.1 速度分析 (24)3.3.2 雅克比矩阵求解 (32)3.3.3 加速度分析 (36)3.4 本章小结 (36)第四章工作空间分析 (37)4.1 引言 (37)4.2 工作空间概述 (37)III新型三支链六自由度并联机器人运动学分析及工作空间分析4.3 研究工作空间的方法 (38)4.4 限制工作空间的因素 (38)4.5 工作空间的求解 (41)4.5.1 工作空间的求解原理 (41)4.5.2 具体的搜索步骤 (41)4.5.3 工作空间求解的流程图 (43)4.6 利用软件做工作空间的算例 (43)4.6.1 工作空间算例 (43)4.6.2 机构各种参数值变化对工作空间的影响 (45)4.7 本章小结 (48)第五章结论 (49)参考文献 (51)攻读学位期间所取得的相关科研成果 (55)致谢 (57)IV河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1.1 选题背景和意义并联机构是一种闭环机构,有两个或两个以上的自由度,动平台和静平台之间由运动链连接,并且运动链是独立的。
关于6-SPS并联机器人机构工作空间的研究
关于6-SPS并联机器人机构工作空间的研究
李瑞琴;刘惠林
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】1992(12)4
【摘要】提出用数值分析与优化相结合的方法对6-SPS并联机器人机构的工作空间进行研究.根据该机构的特点和应用需要,把上平台中心可达范围分别定义为定姿态可达空间和工作空间两类.对于给定结构参数的6-SPS机构,在确定工作空间的最高点和最低点后,即可快速计算出其工作空间的边界.考察了结构参数对工作空间的影响,得出一些规律性变化关系.这些结果可以用来确定6-SPS并联机器人机构的实际结构参数。
【总页数】9页(P100-108)
【关键词】机器人;并联机器人;工作空间
【作者】李瑞琴;刘惠林
【作者单位】北京理工大学机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.2
【相关文献】
1.6-SPS并联机器人工作空间研究 [J], 詹友基;贾敏忠
2.6-SPS并联机器人工作空间的边界曲面分析方法 [J], 范守文;徐礼钜
3.6-SPS并联机器人工作空间的一种新型求解方法 [J], 王艺博;马建涛
4.6-SPS并联机器人工作空间的一种新型求解方法 [J], 王艺博;马建涛
5.6-SPS台体型并联机器人工作空间及转动能力研究 [J], 赵迎祥;李天恩;王娟平因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
《2024年6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展,精密制造、微装配和自动化生产线等领域对运动平台的需求越来越高。
其中,6-PSS并联宏动平台以其高精度、高效率和高稳定性等特点,逐渐成为现代制造业中不可或缺的设备之一。
本文将对6-PSS并联宏动平台的性能进行详细分析,以期望为相关研究与应用提供一定的参考。
二、6-PSS并联宏动平台概述6-PSS并联宏动平台是一种采用并联结构的宏动平台,由六个液压驱动的Stewart平台腿和一个末端平台组成。
其运动过程中,通过控制六个液压缸的伸缩,实现对末端平台的六维运动控制,包括三维平移和三维旋转。
这种平台具有高精度、高刚度、高承载能力和良好的动态性能等特点,广泛应用于精密制造、微装配、机器人技术等领域。
三、6-PSS并联宏动平台的性能分析1. 运动性能分析6-PSS并联宏动平台具有较高的运动性能。
其运动范围大,能够实现快速、精确的定位。
同时,由于采用并联结构,该平台具有较高的刚度和承载能力,能够在重载情况下保持稳定运动。
此外,通过控制六个液压缸的伸缩,可以实现对末端平台的六维运动控制,满足各种复杂运动需求。
2. 精度性能分析6-PSS并联宏动平台具有高精度特点。
其运动过程中,由于采用先进的传感器和控制系统,能够实现精确的位置和姿态控制。
同时,该平台具有较小的误差积累和传递,能够保证高精度的运动输出。
此外,该平台还具有较高的重复定位精度和长期稳定性,能够满足高精度制造和微装配等应用需求。
3. 动态性能分析6-PSS并联宏动平台具有较好的动态性能。
其运动过程中,由于采用先进的液压驱动系统和控制系统,能够实现快速响应和高频运动。
同时,该平台还具有较好的抗干扰能力和鲁棒性,能够在复杂环境下保持稳定的运动性能。
此外,该平台还具有较高的工作效率和较低的能耗,能够满足高效率、低能耗的应用需求。
四、应用领域分析6-PSS并联宏动平台广泛应用于精密制造、微装配、机器人技术等领域。
《2024年6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言随着现代制造业和精密工程的飞速发展,六自由度(6-DOF)的宏动平台已经逐渐成为先进工业机械与精密作业不可或缺的重要组件。
在众多宏动平台类型中,6-PSS(6-pressure support systems)并联宏动平台凭借其卓越的运动特性及稳定的工作表现,已成为许多高科技产品中的重要构成部分。
本文将针对6-PSS并联宏动平台的性能进行深入分析,旨在探讨其工作原理、运动特性、精度控制及实际应用等关键方面。
二、6-PSS并联宏动平台的工作原理6-PSS并联宏动平台主要由六根由压力支撑系统组成的驱动杆和基座、移动平台等组成。
该平台通过精确控制各驱动杆的伸缩,实现平台在空间中的六个自由度运动。
其中,压力支撑系统采用伺服控制技术,通过精确控制气压大小和方向,实现对平台位置和姿态的精确控制。
三、运动特性分析1. 运动范围广:6-PSS并联宏动平台具有六个自由度,能够实现全方位的移动和旋转,具有非常广泛的运动范围。
2. 精度高:该平台采用高精度的伺服控制系统,可以实现亚微米级别的位置控制精度和姿态调整精度。
3. 动态响应快:由于采用气压驱动方式,该平台具有较快的动态响应速度,能够快速响应各种复杂的工作任务。
4. 承载能力强:由于采用了多个驱动杆共同支撑的方式,该平台具有较强的承载能力,可应用于多种工业领域。
四、精度控制与稳定性分析1. 精度控制:6-PSS并联宏动平台的精度控制主要依赖于伺服控制系统和传感器技术。
通过精确控制驱动杆的伸缩量及气压大小,实现平台的精确位置和姿态控制。
同时,采用高精度的传感器实时监测平台的运动状态,保证运动的准确性。
2. 稳定性:该平台具有良好的稳定性,能够在多种复杂环境下保持精确的运动轨迹和姿态。
此外,该平台还具有较好的抗干扰能力,能够有效抵抗外界振动、冲击等干扰因素对系统的影响。
五、实际应用与性能评估6-PSS并联宏动平台已广泛应用于现代制造业、精密工程、航空航天等领域。
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言在现代制造业与精密机械应用领域中,六自由度(6-DOF)运动平台正成为实现自动化作业的关键工具。
6-PSS(6-Prismatic Steerable Platform System)并联宏动平台作为一种典型的高精度、大负载的六自由度运动平台,在许多高精尖技术领域有着广泛的应用。
本文将对6-PSS并联宏动平台的性能进行深入分析,旨在为相关领域的研究与应用提供参考。
二、6-PSS并联宏动平台概述6-PSS并联宏动平台是一种基于并联机构原理的六自由度运动平台,其结构主要由六根由电机驱动的平行四边形机构构成,可以实现对目标物体在三维空间内的六个自由度(X、Y、Z、Rz、Rx、Ry)的运动控制。
该平台具有高精度、大负载、高速度、高刚度等特点,广泛应用于精密装配、机器人末端执行器、机械加工等领域。
三、性能分析(一)定位精度与重复定位精度6-PSS并联宏动平台采用先进的控制系统和精密的驱动装置,能够实现高精度的定位和重复定位。
其定位精度和重复定位精度均达到微米级别,能够满足高精尖领域的应用需求。
(二)负载能力该平台采用高强度材料和优化设计,具有较大的负载能力。
在保证高精度的同时,能够满足各种复杂工况下的作业需求。
(三)运动速度与加速度6-PSS并联宏动平台采用高性能的电机和驱动系统,能够实现快速响应和高速度运动。
同时,其加速度性能也十分出色,能够在短时间内完成复杂的运动轨迹。
(四)刚度与稳定性该平台的刚度与稳定性是保证其高精度运动的关键因素。
6-PSS并联宏动平台采用高刚度材料和优化结构设计,保证了其在各种工况下的稳定性和刚度。
(五)控制性能该平台的控制性能主要取决于其控制系统和算法。
6-PSS并联宏动平台采用先进的控制算法和控制系统,能够实现精确的运动控制和协调作业。
同时,其控制系统具有良好的鲁棒性和适应性,能够适应各种复杂环境下的作业需求。
四、应用领域与前景6-PSS并联宏动平台因其高精度、大负载等特点,在精密装配、机器人末端执行器、机械加工等领域有着广泛的应用前景。
《2024年6-PSS并联宏动平台的性能分析》范文
《6-PSS并联宏动平台的性能分析》篇一一、引言在现代机械制造领域,高精度、高速度和灵活度已成为关键性评价指标。
而并联机器人因其特殊的运动方式和优良的运动学性能,在现代自动化技术中具有广泛的适用性。
特别是6-PSS并联宏动平台,由于具备多个灵活的驱动臂和负载平衡特性,使得其在各种高精度、高效率作业中发挥着重要的作用。
本文旨在全面分析6-PSS并联宏动平台的性能特点,以期为相关研究和应用提供理论支持。
二、6-PSS并联宏动平台的结构特点6-PSS并联宏动平台主要由六个平行布置的驱动臂和底座平台组成。
每个驱动臂均由一个旋转电机和连杆构成,其末端与平台连接,实现平台的移动和定位。
该平台具有结构紧凑、运动灵活、负载能力强等特点,适用于各种高精度、高速度的作业需求。
三、性能分析(一)运动学性能6-PSS并联宏动平台具有较高的运动学性能,其运动轨迹可由六个驱动臂的协同运动实现。
通过优化驱动臂的长度和角度,可以实现平台的精确移动和定位。
此外,该平台还具有较高的运动速度和加速度,能够满足高速度、高效率的作业需求。
(二)动态性能该平台采用现代先进的控制系统和驱动技术,使其具有良好的动态性能。
通过对系统参数的合理设置和调整,可以有效地控制平台的振动和误差,实现稳定的运行和高精度的作业。
此外,该平台还具有较高的响应速度和鲁棒性,能够适应各种复杂的工作环境和工作需求。
(三)负载能力6-PSS并联宏动平台采用多驱动臂的设计,使其具有较高的负载能力。
同时,每个驱动臂均采用高强度的材料和结构,保证了平台的稳定性和可靠性。
此外,通过优化驱动臂的布局和角度,可以进一步提高平台的负载能力,满足各种高负载的作业需求。
(四)精度性能该平台采用先进的控制系统和传感器技术,实现了高精度的定位和控制。
通过对系统参数的精确调整和优化,可以有效地控制平台的误差和偏差,实现高精度的作业需求。
此外,该平台还具有较高的重复定位精度和长期稳定性,能够保证长时间、高精度的作业需求。
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文章编号:1004-132Ⅹ(2002)13-1088-03新型6-PSS 并联机器人工作空间分析金振林 副教授金振林 王 军 高 峰 摘要:提出一种由Stew art 平台演绎而来的正交6-PSS 并联机器人新机型,介绍其结构布局特点,基于位置反解及其结构约束条件,绘制其工作空间的轮廓图,并定量分析该并联机器人RPY 角和机构尺寸参数对其工作空间大小的影响,为该并联机器人的设计与实用化提供理论依据。
关键词:6自由度并联机器人;正交6-PSS 并联机器人;工作空间中图分类号:T P242.2 文献标识码:A收稿日期:2001—11—29基金项目:燕山大学博士基金资助项目(B51);燕山大学科技发展基金资助项目(YDJJ 0104) 6-PSS 并联机器人是由Stew art 平台运动链分支的变异演绎而来的,这种机器人具有驱动器可以直接置于基座上的突出优点,受到国内外许多学者的青睐[1,2]。
本文研究一种具有新颖布局形式的正交6-PSS 并联机器人的工作空间,借助Matlab 软件,绘制其定位姿工作空间任意截面的轮廓曲线,并定量分析RPY 角和各机构尺寸参数对工作空间大小的影响。
1 正交6-PSS 并联机器人结构布局特点 图1所示为一种新型6-PSS并联机器人机1.运动平台2.P S S 运动链3.基座图1 正交6-PSS 并联机器人机构简图构简图,该机构由运动平台1、6个PSS 运动链2和基座3组成。
其布局有以下特点: 每一个PSS 运动链构成一个分支,分支中直线移动副为驱动副,6个分支分为3对; 3对分支与运动平台相连的3对球铰,分别分布在边长为a 的基础六方体的3个互相垂直的表面上,且各对球铰中心连线在空间两两互相垂直;各对球铰的距离均为b ,各分支的定长支柱长均为c ; 直线移动副与基座的6个连结点的分布特点和运动平台上的6个球铰点分布特点相似;!当3对分支的直线移动驱动副的轴线分别与基础六面体的3个互相垂直的表面垂直,且各分支的定长支柱的轴线与直线移动驱动副的轴线共线时,该并联机器人处于正交位姿。
该并联机器人具有较好的结构与装配工艺性,是较为理想的6自由度微操作手和6自由度并联机床的构型[2,3]。
2 位置分析位置分析就是求解机构的输入与输出构件之间的位置关系,是机构分析的最基本任务。
当已知机构的输出构件的位置与姿态,求解机构主动件的位置称为机构位置分析的反解。
定义当该并联机器人各分支的位移输入均为零且处于正交位姿时的位姿,为其初始状态位姿,见图2。
建立与运动平台固接的坐标系{V }:O ′-x ′y ′z ′,原点O ′位1.运动平台2.PSS 运动链3.基座图2 机器人初始位姿于基础立方体的几何中心,3个坐标轴分别与基础立方体的3个互相垂直的边平行;建立与基座固接的坐标系{U }:O -x y z ,坐标系的原点与3・1088・中国机械工程第13卷第13期2002年7月上半月个坐标轴分别和在初始位姿的坐标系{V}的原点与3个坐标轴重合。
在坐标系{V}中,球铰点D i的空间位置以矢量D i,V表示;在坐标系{U}中,参考点即坐标系{V}的原点O′的空间位置矢量以 = (x y z)T表示,球铰点D i的空间位置矢量以D i,U 表示,球铰点E i的空间位置以矢量E i,U表示,直线移动副与基座的连结点F i的空间位置以矢量F i,U表示,设 L i表示直线移动驱动副的输入位移(i=1,2,…,6),由布局特点得D1,V=(-a/2 b/2 0)TD2,V=(-a/2 -b/2 0)TD3,V=(0 -a/2 b/2)TD4,V=(0 -a/2 -b/2)TD5,V=(b/2 0 -a/2)TD6,V=(-b/2 0 -a/2)T(1)F1,U=(-(a/2+c+L0) b/2 0)TF2,U=(-(a/2+c+L0) -b/2 0)TF3,U=(0 -(a/2+c+L0) b/2)TF4,U=(0 -(a/2+c+L0) -b/2)TF5,U=(b/2 0 -(a/2+c+L0))TF6,U=(-b/2 0 -(a/2+c+L0))T(2)E1,U=(-(a/2+c- L1) b/2 0)TE2,U=(-(a/2+c- L2) -b/2 0)TE3,U=(0 -(a/2+c- L3) b/2)T E4,U=(0 -(a/2+c- L4) -b/2)TE5,U=(b/2 0 -(a/2+c- L5))T E6,U=(-b/2 0 -(a/2+c- L6))T(3)且矢量D i,U和D i,V有如下关系D i,U=T D i,V+ (4)式中,T为旋转变换矩阵,其中各元素依赖于运动平台的回转角、俯仰角!和偏转角∀即RPY角[7]。
由几何关系得反解计算方程(D i,U-E i,U)T(D i,U-E i,U)=c2(5) 3 工作空间分析3.1 结构约束设球铰D i和球铰E i的摆角分别为#i和∃i,%i 为沿分支i定长支柱E i D i方向的单位矢量,&i为沿分支i的F i E i方向的单位矢量,即有%i=(E i,U-D i,U)/c(6) &i=(F i,U-E i,U)/(F i,U-E i,U)T(F i,U-E i,U)(7)则有#i=a rccos(%i (T&i))(8)∃i=arccos(%i &i)(9)设球铰D i和球铰E i的最大摆角分别为#i max和∃i max,则球铰结构约束为0≤#i≤#i max0≤∃i≤∃i max(10)设分支的定长支柱径向最大尺寸为∋,各对分支的定长支柱的轴线的距离为H j。
考虑该并联机构的布局特点和球铰制造的可能性(球铰的最大摆角一般不会大于45°),3对PSS运动链分支的定长支柱之间不会产生干涉,即分支1、2不会与分支3、4、5、6产生干涉,分支3、4不会与分支5、6产生干涉。
所以分支间干涉约束为H j≥∋ j=1,2,3(11)设直线移动驱动副的输入位移最大和最小值分别为L i max和 L i min,则移动驱动副长度约束为L i min≤ L i≤ L i ma x(12) 3.2 工作空间分析并联机器人的工作空间是运动平台参考点的工作区域,是并联机器人的重要性能指标。
在机器人学中,根据机器人操作器参考点的位姿特点,将工作空间分为定姿态工作空间和灵活工作空间。
定姿态工作空间是指在给定位姿下操作器参考点可以到达的所有点的集合,灵活工作空间是指操作器参考点可以从任何方向到达的点的集合。
对于该并联机器人,由于其结构布局特点的限制,运动平台不能绕某一点转动360°,所以该并联机器人没有灵活工作空间。
本文研究该并联机器人的定姿态工作空间,即在给定RPY角条件下,满足式(1)~式(5)和式(10)~式(12)的运动平台参考点O′的集合。
该并联机器人的几何参数见表1,并设 L i max=- L i min= L0,综合式(1)~式(12)并借助M atlab软件,在-300mm≤x≤300mm,-300m m≤y≤300mm,-300mm≤z≤300mm范围内,用搜索法绘制任意给定姿态的工作空间截面图,见图3、图4,其中图3为定姿态=!=∀=0工作空间的截面形状,图4为定姿态=5°,∀=0,!=0工作空间的截面形状。
表1 机器人的几何尺寸参数L i0=L0(m m)L0(mm)#i max(°)∃i max(°)a(mm)b(m m)c(m m)∋(mm) 400200303040032050080(a)(b)图3 定姿态=!=∀=0工作空间截面形状・1089・新型6-PSS并联机器人工作空间分析——金振林 王 军 高 峰(a)(b)图4 定姿态 =5°,∀=0,!=0工作空间截面形状 为便于直观表征该并联机器人结构参数对其工作空间大小的影响,把以一定步长搜索得到的工作空间内的点数的多少作为其工作空间大小的评价指标,称其为W S V (w or k space v alue),并设当机器人几何尺寸参数取表1的值时,定姿态 =!=∀=0工作空间的W S V 为基准值,则工作空间大小的相对值W SRV (w ork w pace relative value)为W S RV =W S V /W 0(13) 图5为RPY 角 、!、∀与几何参数a 、b 、c 、#i max 、∃i max 、 L 0和∋对工作空间大小的影响趋势图(搜索步长 x = y = z =10m m)。
由图5可知,几何参数a 、b 和∋(取值范围为a =360~420mm ,b =280~340mm,∋=60~90m m)对工作空间大小没有影响。
图5 R PY 角和几何尺寸参数对工作空间大小的影响4 结论(1)提出一种由Stew art 平台演绎而来的正交6-PSS 并联机器人新机型。
(2)这种机器人定位姿 =!=∀=0工作空间是关于x =y 、y =z 和z =x 平面对称的。
(3)几何参数#i max 、∃i max 、 L 0和c 对工作空间大小均有较大影响,几何参数a 、b 、∋在所取值范围内对工作空间大小没有影响。
(4)RPY 角 、!和∀对工作空间大小有相同程度的影响,球铰D i 和球铰E i 的最大摆角#i max 和∃i max 对工作空间大小有相同程度的影响。
(5)本文对这种正交6-PSS 并联机器人工作空间的研究为其合理设计和实用化奠定了基础。
参考文献:[1] Alizade R I ,T agiyev N R.A F or w ard and Rev erseDisplacement Analysis of a 6-do f In -Pa rallel M anipulato r .M echanism and M achine T heor y ,1994,29(1):115~124[2] 高峰,金振林,刘辛军等.六自由度并联解耦结构微动机器人.中国发明专利.CN 1258589A ,2000[3] 高峰,金振林,刘辛军等.六自由度虚拟轴机床新结构.中国发明专利.CN 1261018A ,2000[4] 熊有伦.机器人技术基础.武汉:华中理工大学出版社,1997:23~24(编辑 周佑启)作者简介:金振林,男,1962年生。
燕山大学(河北省秦皇岛市 066004)机械工程学院机电系副教授,北京航空航天大学机器人研究所博士后研究人员。
研究方向为并联机器人技术。
申请发明专利6项,发表论文20余篇。
王 军,女,1964年生。
燕山大学机械工程学院机电系副教授。
高 峰,男,1956年生。
河北工业大学(天津市 300130)校长、教授,北京航空航天大学兼职博士研究生导师。