三自由度并联机械手动力学分析与控制
3自由度并联机器人的运动学与动力学分析_刘善增
第 45 卷第 8 期 2009 年 8 月
机械工程学报
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
Vo l . 4 5 N o . 8 Aug. 2009
DOI：10.3901/JME.2009.08.011
3 自由度并联机器人的运动学与动力学分析*
刘善增 1, 2 余跃庆 1 佀国宁 1 杨建新 1 苏丽颖 1
(1. 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院 北京 100124； 2. 中国矿业大学机电学院 徐州 221116)
1 3-RRS 并联机器人的运动学分析
一种空间 3 自由度并联机器人的结构简图，如 图 1 所示。它由一个动平台 P1P2P3，三条支链 BiCiPi(i=1, 2, 3)和一个静平台(基座)B1B2B3 组成。其 中，动平台通过球面副(S 副)与各支链连接，静平台 通过转动副(R 副)与各支链连接，且 Bi 处转动副的 轴线与 Ci(i=1, 2, 3)处转动副的轴线对应平行。分别 建立与动平台固结的局部(动)坐标系 Pxyz 和系统 (固定)坐标系 OXYZ，如图 1 所示，坐标系的原点 P 和 O 分别位于动平台和静平台的几何中心，轴 z 和 Z 分别垂直于动、静平台向上，轴 x、y 与 X、Y 分 别平行和垂直于上、下平台的边 P2P3 与 B2B3。局部 定坐标系 Bixiyizi (i=1, 2, 3)的 xi 轴与 Bi 处转动副轴线 一致，zi 垂直于静平台 B1B2B3 向上，yi 轴同时垂直 于 xi 和 zi 轴。
3自由度的机械手控制器设计原理
3自由度的机械手控制器设计原理3自由度的机械手是指可以在三个方向上移动的机械手，通常是由三个关节组成的。
这样的机械手可以进行基本的平移和旋转运动，可以用于各种应用场景，如工业生产、医疗手术和科研实验等。
为了实现对3自由度机械手的精确控制，需要设计一个有效的控制器来实现对机械手的精准运动控制。
3自由度机械手的控制器设计原理主要包括以下几个方面：1.传感器系统设计：传感器系统是机械手控制器的基础，通过传感器系统可以获取机械手的位置、速度和力信息。
在设计3自由度机械手的控制器时，需要选择合适的传感器来获取机械手各个关节的位置信息，以实现对机械手的闭环控制。
常用的传感器包括编码器、惯性传感器和力传感器等。
2.运动控制算法设计：运动控制算法是机械手控制器的核心部分，通过运动控制算法可以实现对机械手的轨迹规划和动态控制。
在设计3自由度机械手的控制器时，通常采用PID控制算法或者模型预测控制算法来实现对机械手的动态控制。
PID控制算法通过调节比例、积分和微分参数来实现对机械手位置和速度的精确控制，而模型预测控制算法则通过对机械手的动态模型进行建模，并利用预测控制器来预测未来的行为，并实现对机械手的精确控制。
3.人机交互界面设计：为了方便用户对机械手进行操作和监控，需要设计一个友好的人机交互界面。
在设计3自由度机械手的控制器时，可以采用图形界面或者虚拟现实界面来实现对机械手的控制和监控。
通过人机交互界面，用户可以实时监控机械手的状态，并进行控制参数的设定和调整，以实现对机械手的精确控制。
总的来说，设计一个有效的3自由度机械手控制器需要综合考虑传感器系统设计、运动控制算法设计和人机交互界面设计等方面，通过合理的设计和实现，可以实现对机械手的精确控制，并满足不同应用场景的需求。
通过不断优化和改进，可以实现对机械手的更精准和高效的控制，为各种应用场景提供更好的解决方案。
三自由度Delta并联机械手运动学分析及轨迹规划
第32卷第1期青岛大学学报（工程技术版）Vol.32 N o.12 0 1 7 年 2 月JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY (E&T) Feb. 2 0 17文章编号：1006 - 9798(2017)01 - 0063 - 06; DOI:10. 13306/j. 1006 - 9798. 2017.01.012三自由度Delta并联机械手运动学分析及轨迹规划王娜，王冬青，赵智勇(青岛大学自动化与电气工程学院，山东青岛266071)摘要：针对自动化生产流水线普遍存在的分拣、抓取及包装等大量的重复性工作的问题，本文对三自由度Delta并联机械手进行了机械结构的分析，建立了其正逆运动学方程，推导出运动学正反解公式，进行轨迹规划，并采用M a t l a b编程求解Delta机械手的正解方程组。
同时，通过分析动平台与静平台之间的矢量关系，结合几何原理得出每个点在静坐标系中的坐标，建立了逆运动学方程组，进一步推导出了位置反解。
在反解的基础上，运用矢量关系列写正运动学方程组，结合Matlab得出了正解。
采用三次多项式插值方法对Delta机器人进行关节空间轨迹规划，并结合MatlabRobotics T o o l仿真工具箱对3个关节的角度、速度、加速度随时间的变化进行仿真分析。
仿真结果表明，正解与反解的计算结果完全对应，证明位置正解与位置反解的推导过程完全正确；关节1角度值与时间呈现正相关，关节2与关节3角度值与时间呈现负相关，验证了反解是正确的。
该规划方法对证明Delta机械手的关节空间轨迹规划是有效的。
关键词：Delta并联机械手；正逆运动学方程；关节空间；轨迹规划中图分类号：TP241.3文献标识码：A目前，Delta并联机械手是食品行业中应用最广泛和最成功的并联机械手之一。
各类行业中的自动化生产流 水线普遍存在分拣、抓取以及包装等大量的重复性工作，这些工作如果全部由人工完成，不仅劳动强度大，而且不 可避免地会造成不同程度的污染。
三自由度工业机器人动力学分析
(18)
【下转第65页】 第40卷 第9期 2018-09 【53】
将式(11)代入式(10)中可得：
(12)
当Te>TL时，
dω dt
>
0 ，系统加速；
图3 机器人动力学控制原理图
当Te<TL时， dω < 0 ，系统减速； dt
当Te=TL时，系统以恒速运动，即稳态运动，在稳 态时，电动机的电磁转矩大小由电动机的负载转矩所 决定。
在实际的系统中，在电机与负载之间往往有减速 器，如图4所示。
图4 多轴传动系统图
在计算过程当中，我们通常将负载转矩折算到电机
转矩上。
首先，按照能量守恒，折算到电机轴上的负载功率
应等于工作机械的负载工率加上减速器中的损耗，即：
TL′ωM
= TLωL η
(13)
两种运动负载折算到电机轴上的转矩为：
(14)
式中，η<<1为1 传动效率，i
=
ωM ωL
为减速器减速比。
按照能量守恒：
1 2
J ωM2
=
1 2
J M ωM2
+
1 2
J LωL2
(15)
等效的转动惯量和飞轮矩分别为：
J
=
JM
+
JL
(ωM / ωL )2
=
JM
+
JL i2
(16)
GD2
=
GDM2
+
GDL2 i2
(17)
4 机器人动力学模型
机器人的动力学模型就是将机器人的本体模型与 雅可比矩阵和电机模型相结合，即由式(3)、式(9)、式 (12)、式(17)可得：
三自由度绳驱动并联机器人运动学分析
５ ）完全分 离 的传 动 ：用全 绳驱 动控 制器 ，所
有 的传 动 和 敏 感部 分 可 以放 在 离 终端 执 行 器 和工 作地带 很远 的地方 。可适应 危险 的工作环境 。
作 者 简ｉ ：乔 文 刚 （９ １ ）， 男 ，副 教 授 ，硕 士 ，研 究 方 向为 机 电控 制 工程 与 液 压 技 术 。 ｔ １６ 一 ［２］ 第３卷 １４ ３ 第２ 期 ２ １－ （ ） ０１ ２上
作 空 间 内部 存 在 着 奇 异 点 ；其 控 制 系 统 非 常 复 杂 ，致 使 研 究难 度 、 生产 成本 等 相 应增 加 。并联 机 器人 由于其 运 动速 度 高 、动 态 响 应快 、定 位 准
确性 好 等 优点 ，在某 些 领域 作 为 串联 机 器 人 强有
力 的补充 ，所 以应 用 潜 力 非常 大 ，广 泛 应 用于 装 配 、包 装 、点焊 等领 域 。近 年 来 ， 少 自 由度并 联
７ ｌ ｉ ）Ｏｉ 与 的夹 角 ：ｘ ８ ２ 绳 与Ｘｉ ）０ｉ ： 的夹 角 ９ ３ 绳 与Ｙ 的夹 角 ）０ｉ ：
和 气缸 与上 下 平 台的 连 接 ） 。由于 气 缸 的两 端 分
别 安装 在 两 平 台的 几何 中 心 ，所 以起 辅 助 支 撑 作
用 不参 与机 构 主 要 运动 。 该机 构 的 动 力 源 来 自安 装 在基 座 上 的伺 服 电机 ，每 个 电机 驱 动 一 组 摆 杆
、 ｌ
１ 动 作原理 ． ２
三 自由 度绳 驱 动 并 联 机 器 人 共 计 九 个 关 节 ，
包 括 三个 转 动 关 节 （ 电机 与摆 杆 的 连 接 ）和 有 即 六 个球 面 副关 节 （ 绳 与 摆 杆机 、动 平 台的 连 接 即
DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究共3篇
DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究共3篇DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究1DELTA并联机器人是一种特殊的平面机器人，其构建方式是有三个"手臂"连接到一个平台上，形成了一个三角形的平面结构。
它具备高速、高精度和高可靠的特性，因此在组装、分拣和包装等领域有着广泛的应用。
机器人的运动学分析是研究机器人在运动时各种运动参数、关节位姿、速度和加速度等因素的关系。
DELTA机器人因为它的三角形平面结构，运动学模型相比于其他机器人则非常复杂。
在这种结构中，每个关节的运动都会对另外两个关节产生影响，因为每个关节都是相互连接的。
因此，建立运动学模型需要使用到复杂的几何算法和数学方程式。
在控制系统中，我们需要用某种方式去实现机器人的轨迹规划以及运动控制。
对于DELTA机器人，高速度和高精度都是极其重要的考虑因素。
在轨迹规划方面，我们需要考虑运动学模型，同时结合应用中的实际需求来确定机器人工作范围和路径规划。
在运动控制方面，我们需要提供特定的学习算法和控制器，同时考虑实时性需求，以确保机器人的控制是稳定和可靠的。
总的来说，DELTA并联机器人运动学分析与控制系统是一个复杂的问题，需要对机器人的构造和应用进行全面的考虑。
要想达到最佳的控制效果，我们需要基于准确的运动学模型建立合适的控制系统，并且不断地优化和改善整个系统，从而使得机器人在应用中得到最大的利用价值。
DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究2DELTA并联机器人是一种非常灵活和高效的机器人系统，它可以用于许多不同的应用领域，包括工业自动化、医药制造、食品加工、航空航天等等。
但是，要充分发挥DELTA并联机器人的优势，需要对其进行正确的运动学分析和控制系统研究。
一、DELTA并联机器人的基本结构和工作原理DELTA并联机器人由三个运动自由度的臂和三个固定的连杆组成，臂和连杆的结构构成一个平行四边形，并通过球面铰链联接。
并联三自由度运动平台动力学分析
式中： Fz (t ) 为三个电动缸在 ａ，ｂ，ｃ 三点对动平台作 用力在质心的合力； M1(t ) 为绕 ｘ 轴的转矩； M 2 (t) 为
绕 ｙ 轴的转矩。由此角加速度 和 也就得到了。 根据并联三自由度运动平台系统的机械结构以及技
术指标要求： 三根电动缸总体承受载荷 Ｗ＝１０００ｋｇ。
2 动力学分析 由于运动平台的高度非线性和时变性，以及多体系 统的约束条件等都给计算带来巨大困难。利用广义坐标， 对动力学普遍方程进行变换，可以得到与自由度数目相 同的一组独立运动微分方程，从而使方程更简洁，便于 计算。设机构系统广义坐标 ｑｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３），即为三自由度 运动仿真模拟平台的动平台质心位置的垂直位移 ｚ 和整
基金项目：辽宁省教育厅科研项目（201114126）
1 运动平台自由度的计算 并联三自由度运动平台，其结构简图如图 １ 所示。 该机构上下平台支点连接起来后是两个全等的等边三角 形 ａｂｃ 和 ＡＢＣ，三条边的长度均为 ６００ｍｍ， 上、下平台 之间用 ３ 根可伸缩的量程为 ４００ｍｍ 的电动缸相联，即
Dynamic Analysis of a 3-DOF Parallel Platform
FU Jing-shun1，LANG Xiao-hui1，ZHANG Hong2 （1.Shenyang University of Technology，Shenyang 110870； 2.Shenyang Equipment Manufacturing School, Shenyang 110026）
动 平 台 可 以 由 ａ，ｂ，ｃ 三 点 空 间 坐 标
，
和
完全确定，由于三角形 ａｂｃ
为等边三角形，且三边长度不变，即 Ｌａｂ＝Ｌｂｃ＝Ｌｃａ，可列 出三个约束方程：
三自由度并联机床驱动分支动力学分析
软 件 中的示 意 图 。
本文研究 的并 联机床 的机构采用 ３Ｈ Ｓ构型。 ．Ｓ 这种构型结构轻巧 ， 控制简单 ， 这里 Ｈ代表螺旋副 ， ｓ 代表球面副。整个机构主要 由动平 台、 定平 台、 滑鞍
—
丝杠 一支链 组成 。驱 动 分支 的三 维 模 型如 图 １ 所
基金项 目： 华航天工业学 院科研基金资助项 目（ Ｙ ２ ０ —６ 北 Ｋ ． ９０ ） ０
收稿 日期 ： ０ １ ５—０ ２ １ 一Ｏ ４
作者简介 ： 董
旭 （９ １ ， ， １８ 一） 男 讲师 ， 士， 硕 河北保定 市人 ， 主
要从事于机械制造及其 自动化技术的研 究。
一
图 ２ 驱 动分 支 导 入 Ａ Ｓ Ｓ软 件 后 模 型 ＮＹ
床的静力学性能 ， 还应考虑其动力学特性。研究机 床动力学特性必定需要对其进行动力学分析 。动力 学分 析包 括模 态 分析 、 响应 分析 、 时动态 分 析等 谐 瞬
等 。所谓 模 态分 析就 是确 定研 究对 象 的 固有 频率 以
及振型 ， 在承受动态载荷的结构设计 中， 这些参数显 得尤 为重 要 。 了解 了 结构 的 固有 频 率 和 振 动 特性 ， 可以使得设计者避开这些频率或者最大限度地减小 对这 些频 率 上 的激 励 ， 而 消 除过 度 的振 动 ＿ 。同 从 ２ ］
考虑 到机构 中一些 细小部 件对 分析 结果 影 响很
小 ， 以删 除 了零 件 中的一些微 小特 征 ， 所 ］例如 定 位 小孔 ， 位 销 ， 倒 角 。如果 保 留这些 特 征 ， 么在 定 小 那 划分 网格 时候 ， 划分 的精 度等 级需要 设 置很高 ， 定 必 增加了网格的密度和数量 ， 这样会 给计算机处理数 据带来极 大 的 困难 ， 导致 分 析 时 间 成倍 增 加 。所 以
3自由度并联机床的运动学和动力学研究(翻译)
3自由度并联机床的运动学和动力学研究摘要：中国东北大学已经研制出一种用于钢坯研磨的新型3自由度并联机床。
它具有结构简单，刚度大的优点，更高的力量重量比，较大的工作空间，简单的运动学方程，没有运动的奇异位姿。
在使用相应刀具情况下该机器人可用于磨削，研磨，抛光等加工过程。
在本文中，介绍了简单的机器人的结构和自由度，运动学和工作空间，精度分析，静态和动态的分析及其相关参数。
关键词：并联机床；运动学；动力学；3自由度1.前言与传统机床相比，并联机床具有更高的精度，高刚度的优点，和更高的刚度质量比，所以近些年它得到了行业和机构大量的研究和评估。
由美国Giddings & Lewis公司研制的“六足虫”并联机床被认为是21世纪机床领域中的革命性理念。
然而这个Stewart平台存在运动耦合的缺点，并且具有复杂的运动学和构件要求十分严格。
这类少于六自由度并联机床在行业和机构也因此受到越来越多的关注。
意大利Comau研制出了一种命名为Tricept的四条腿的的三自由度并联机床。
东北大学已经开发出了一种新型三自由度的三腿平行磨削机床（图1）。
与“六足虫”并联机床相比，此三腿平行磨削并联机床具有以下优点：（1）结构简单且具有更大工作空间；（2）动力学方程简单便于控制操作；（3）在工作空间没有运动耦合状态。
图12.并联机床2.1 3自由度系统的布局该三自由度并联机构由一个移动平台，基础平台，一个平行的联动和三条腿的连接两个平台。
中间腿支链控制的移动平台的三个自由，如图2所示。
移动平台的转换是由平行连杆机构控制。
图22.2 运动学和工作空间移动平台平行于基础平台，一个坐标系统（O- X，Y，Z）选择如图2所示，这种机制的逆向运动学正解方程可以表示为：123l l l ===其中w=a-b，2m = ，n=w/2 ，a 和分别表示基础平台的两侧的长度和等边三角形状的移动平台的长度。
该机构的位置正解方程可表示为：2222222132X l l w Y w Z =-+==从公式1和2可知系统在整个工作空间无奇异位姿和运动耦合。
PLC控制三自由度机械手控制部分分析与设计
图 ３机械 手 循 环 动 作 过 程示 意 图
停止信号 ： 下限位开关得 电。 动作 ７ ： 开始信号 ： 下限位开关得 电。 动 作 ： 手指松开动作 。 停止信号 ： 手指限位开关得 电。
动 作 ８ ： 开始信 号 ： 手指限位开关得电。
・
ｌ ２・
动 作 ： 手臂上摆 动作 。 停止信号 ： 上限位开关得 电。 动作 ９ ： 开始信号 ： 上限位开关得 电。 动 作 ： 回转腰右转动作 。 停止信号 ： 右限位开关得 电。机械手 回复初始状态 。
科 技 论 坛
・１ １・
Ｐ Ｃ控制三 自由度机械手控制部分分析 与设计 Ｌ
黄 智 英
（ 巴音 郭楞职业技术学院， 疆 巴音郭楞 ８ １０ ） 新 ４ ０ ０
摘
要： 本文主要 分析 和论述如何利 用 Ｐ Ｃ控制技 术 ， Ｌ 实现机械 手的握 、 移 等动作 ， 实现机 械手在 左右， 举、 并 前后 ， 上下三方向 自由
图 ２ 三 自 由度 机 械 手 结构 示 意 图
开始信号 ： 压力感应器得电。
动 作 ： 手臂 上 摆 动 作 。 停 止信号 ： 上限位开关得电。 动作 ４ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 限位开关得电。 左 动作 ５ ： 开始信号 ： 限位开关得 电。 上 动 作 ： 回转腰左转动作。 停止信号 ： 左限位开关得电。 动作 ６ ： 开始信号 ： 限位开关得电。 左 动 作 ： 臂 下 摆 动 作 。 手
一
表 １ 三 自 由度 机 械 手 Ｉ 分 配 表 ： ／ Ｏ
最 大 抓 重 ：Ｏ ｇ ｌＯ
手 指 夹 持 工 件 最 大 直径 ：０ ｍ ４ｒ ａ 手臂上下摆动角度 ：０ ６。 手臂 回转角度 ：Ｏ ９。 运料频率 ： ５次 ／ ｉ ｍｎ 三 自由度机械手结构如 图 ２所示 ，主要 由机械手指夹持机构 、 机械手臂上下摆动机构 、 机械腰 回转机构 、 固定底座等构成。 ２ 工 作原 理 及 分 析
《2024年微动三指串并联机械手指的研究》范文
《微动三指串并联机械手指的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，机器人技术逐渐从传统领域拓展到更多前沿领域。
其中，机器人手的研发，尤其是具有灵活操作能力的机械手指，是机器人技术的重要一环。
本文旨在探讨一种新型的机械手指——微动三指串并联机械手指的研究。
这种机械手指具有结构简单、操作灵活、适应性强等特点，为机器人手的研究与应用提供了新的可能性。
二、微动三指串并联机械手指的结构与设计微动三指串并联机械手指主要由三个串并联的指节组成，每个指节均采用微型电机驱动，实现指节的弯曲与伸展。
其中，基座指节固定在机器人手上，中间指节与末端指节通过关节相连，形成串并联结构。
这种结构使得机械手指具有更好的灵活性与操作精度。
在设计过程中，我们充分考虑了机械手指的驱动方式、材料选择、结构优化等因素。
采用微型电机作为驱动源，保证了机械手指的微动性能；选用轻质高强度的材料，降低了机械手指的重量与能耗；优化了指节的关节结构，提高了机械手指的运动灵活性。
三、微动三指串并联机械手指的运动学与动力学分析运动学分析主要研究机械手指的运动规律与几何关系。
通过对微动三指串并联机械手指的运动学分析，我们可以了解其运动范围、速度与加速度等运动特性。
在此基础上，我们可以进一步分析机械手指的动力学特性，包括驱动力、负载能力、运动稳定性等。
这些分析为机械手指的优化设计与实际应用提供了重要依据。
四、微动三指串并联机械手指的应用研究微动三指串并联机械手指具有广泛的应用前景。
在工业领域，它可以应用于精密装配、零件抓取等任务；在医疗康复领域，它可以辅助患者进行康复训练，提高患者的生活质量；在服务机器人领域，它可以为机器人提供更自然、更灵活的操作方式。
此外，微动三指串并联机械手指还可以与其他机器人技术相结合，如视觉系统、力觉系统等，提高机器人的智能水平与操作能力。
五、实验与结果分析为了验证微动三指串并联机械手指的性能与实用性，我们进行了大量的实验。
实验结果表明，该机械手指具有较高的运动精度与操作灵活性，能够完成各种复杂的操作任务。
三自由度并联机器人运动学分析与研究
吴培栋,张振久,龚爱平
( 深圳信息职业技术学院 智能制造与装备学院,深圳 518172)
摘摇 要:主要对三自由度 Delta 并联机器人进行逆运动学研究。 首先在 Delta 机器人的动平台和静平台上分别建立 动坐标系和静坐标系,根据其动静平台及各运动支链的结构特征建立其矢量方程,并由此推导其运动学方程,进一 步推导出 Delta 并联机器人的逆运动学方程。 逆运动学方程的两个解分别对应两种不同的机构构型,本文选择其中 的一种构型作为研究对象。 最后通过 MATLAB 和 ADAMS 联合使用对一个算例进行仿真分析,其仿真结果与预期 结果一致,表明本文所采用的方法是可行的、正确的。 关键词:并联机器人摇 Delta 机器人摇 逆运动学分析 中图分类号:TP242摇 摇 摇 摇 摇 文献标识码:A摇 摇 摇 摇 摇 文章编号:1002-6886(2020)05-0023-04
Kinematic analysis of three-degree-of-freedom parallel robots
WU Peidong,ZHANG Zhenjiu,GONG Aiping
Abstract:In this study we carried out inverse kinematic analysis of the three-degree-of-freedom Delta parallel robots. First鄄 ly,the static coordinate system was established on the fixed platform,and the moving coordinate system was established on the moving platform. Vector equation was built based on the characteristics of the fixed platform,the moving platform and the limbs. Kinematic and inverse kinematic equations were then derived from the vector equation. The two different solutions of the inverse kinematic equation corresponded to the two different configurations of the Delta robot,and one of them was select鄄 ed as the study object. Finally,an example was simulated by using MATLAB and ADAMS,and the simulation results were consistent with the predicted results,which verified the correctness and effectiveness of the method. Keywords:parallel robots,Delta robot,inverse kinematic analysis
三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真
包 装 工 程第45卷 第3期 ·218·PACKAGING ENGINEERING 2024年2月收稿日期：2023-03-27基金项目：国家青年科学基金（E51505124）；河北省自然科学基金（E2017209252）；河北省高等学校科学技术研究重点项目（ZD2020151）；唐山市机器人机构学理论基础创新团队项目（21130208D ）；唐山市基础研究项目（23130201E ）；华北理工大学重点科研项目（ZD-YG-202306-23）；华北理工大学专业学位综合改革项目（ZD18010223-03）三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真崔冰艳，桂小庚，曾鸿泰，李贺（华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063000）摘要：目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题，提出一种2UU-UPU 三自由度并联分拣机器人，以提高分拣的精度可控性。
方法 分析该机器人的机构自由度，以及各参数之间的关系，基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型；利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式，并进行数值计算，采用Matlab Simulink 和Adams 进行动力学联合仿真，对理论值和仿真值进行误差分析。
结果 揭示了该机器人动平台的运动规律，得到了驱动力矩曲线，理论值与仿真值的误差较小，3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。
结论 通过验证可知，该机构具有较好的动力学特性，这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。
关键词：2UU-UPU 并联机构；分拣机器人；动力学；分拣精度中图分类号：TH112 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)03-0218-08 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2024.03.025Dynamic Modeling and Simulation of a 3-DOF Parallel Sorting RobotCUI Bingyan , GUI Xiaogeng , ZENG Hongtai , LI He(College of Mechanical Engineering, North China University of Science and Technology, Hebei Tangshan 063000, China) ABSTRACT: Aiming at the dynamic controllability of sorting robots in automatic production lines, the work aims to propose a 2UU-UPU 3-DOF parallel sorting robot to improve the accuracy and controllability of sorting. The relationship between the degrees of freedom and various parameters of the robot was analyzed, and an inverse kinematics model of the parallel mechanism was established based on closed-loop vector method. The dynamics expression of the robot was derived using Lagrange dynamics equations, and numerical calculations were performed. The dynamic joint simulation of the robot was performed using Matlab Simulink and Adams, and the error analysis of the theoretical and simulation values was performed. The motion law of the robot's moving platform was revealed, and the driving moment curves were obtained. The error between the theoretical value and the simulation value was small, with the maximum error of the three driving torques being 0.379%, 0.283%, and 0.146%, respectively. It is verified that the mechanism has good dynamic characteristics, laying a foundation for the subsequent motor selection and precise control. KEY WORDS: 2UU-UPU parallel mechanism; sorting robot; dynamics; sorting accuracy随着生产线的智能化发展，产品的分拣已进入一个新阶段，特别是分拣机器人的研发，为生产线上的产品分拣注入了新的活力。
三自由度机械臂动力学方程
三自由度机械臂动力学方程一、关节角度在三自由度机械臂中，关节角度是指各关节相对于固定参考系的位置。
每个关节都有一定的运动范围，通过组合不同关节的角度变化，可以实现机械臂的各种复杂运动。
二、角速度和角加速度角速度是指机械臂各关节在运动过程中角度变化的速率，角加速度则是角速度变化的速率。
通过对角速度和角加速度的测量和控制，可以了解机械臂的运动状态，从而实现精确的运动控制。
三、线性速度和线性加速度除了关节角度的变化外，机械臂末端执行器的位置和姿态还受到线性速度和线性加速度的影响。
线性速度是指末端执行器在空间中移动的速率，线性加速度则是线性速度变化的速率。
通过控制线性速度和线性加速度，可以在关节角度控制的基上进行更精确的位置和姿态控制。
四、力矩和力在机械臂操作过程中，末端执行器与环境之间的相互作用力会对机械臂的运动产生影响。
力矩是力对机械臂关节产生的旋转效应，力则是力对机械臂产生的平移效应。
通过对力矩和力的测量和控制，可以实现机械臂的柔顺运动和避免与环境的碰撞。
五、控制输入和期望输出控制输入是指对机械臂关节角度、角速度、角加速度、力矩和力的控制信号。
期望输出是指控制输入所期望达到的机械臂运动状态，包括末端执行器的位置、姿态、速度和加速度等。
通过将期望输出与实际输出的比较和控制算法的处理，可以实现机械臂的精确运动控制。
总结：三自由度机械臂动力学方程主要研究关节角度、角速度和角加速度、线性速度和线性加速度、力矩和力以及控制输入和期望输出等几个方面。
通过掌握这些方面的影响因素和控制方法，可以更好地设计和控制三自由度机械臂的运动轨迹，实现各种复杂任务的高效执行。
新型移动并联机器人动力学分析与控制设计
新型移动并联机器人动力学分析与控制设计新型移动并联机器人动力学分析与控制设计一、引言近年来，机器人技术的发展取得了长足的进步，并被广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
移动并联机器人因其具有高度机动性和灵活性的特点，成为研究的热点之一。
本文旨在对新型移动并联机器人的动力学进行分析与控制设计，以优化机器人的运动能力和工作效率。
二、新型移动并联机器人的基本结构新型移动并联机器人是指通过多个机械臂和轮式底盘结合而成的机器人系统。
其具有高度机动性，能够在不同地形环境下进行运动和工作。
新型移动并联机器人的基本结构包括机械臂部分和底盘部分。
机械臂部分是机器人的工作单位，负责完成各种任务。
通常由多个自由度的机械臂构成，每个机械臂上安装有各种工具和装置，以完成特定的工作。
机械臂的设计和动力学分析是新型移动并联机器人研究的重点之一。
底盘部分是机器人的移动单位，负责机器人的定位和导航。
底盘通常由多个封闭式回路构成，每个回路上配有一个轮子或履带，通过电机驱动实现运动。
底盘的设计和动力学分析对机器人的移动性能和稳定性至关重要。
三、新型移动并联机器人的动力学分析动力学分析是研究物体运动的一种方法，它借助于力学和数学工具，研究物体在外力作用下的运动规律。
对于新型移动并联机器人而言，动力学分析能够揭示机器人在不同工作状态下的力学特性，为机器人的运动控制提供关键参数。
1. 机械臂动力学分析机械臂的动力学分析是指研究机械臂在外力作用下的运动规律。
机械臂的运动可以分解为位置、速度和加速度三个方面。
通过分析机械臂各个关节的动力学特性，可以确定机械臂在特定工作状态下的力学性能。
动力学分析的结果可以用于机械臂的运动规划和控制。
2. 底盘动力学分析底盘的动力学分析是指研究底盘在外力作用下的移动规律。
底盘的移动可以分解为位置、速度和加速度三个方面。
通过分析底盘的运动特性和所受力的分布，可以确定底盘在不同地形环境和工作状态下的运动性能。
动力学分析的结果可以用于底盘的运动控制和路径规划。
一种3自由度并联抛磨机械臂的运动学分析
2024年第48卷第4期Journal of Mechanical Transmission一种3自由度并联抛磨机械臂的运动学分析包新棉1王学雷2张伟涛1王禄1赵栋杰1（1 聊城大学机械与汽车工程学院，山东聊城252000）（2 北京电子科技职业学院汽车工程学院，北京100176）摘要针对百叶窗叶片的仿形抛磨要求，研究了一种可为末端执行器提供X向、Y向的移动和Z 向转动的3自由度并联机械臂。
为了验证机械臂的运动学性能，首先，描述了其机构特征，并基于螺旋理论进行了机构自由度分析；其次，基于闭环矢量法构建了机构运动学方程，对其进行了位置正、逆解分析，并通过具体算例对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和虚拟样机模型，进行了位置、速度的逆运动学仿真分析。
仿真结果表明，两种模型的分析结果一致，逆解理论分析结果可信；机械臂各支链可协调运动，运动过程平稳，位移、速度曲线平滑、无突变，可为后续机械臂的尺寸优化和运动控制提供依据。
关键词并联机械臂螺旋理论运动学虚拟样机Kinematic Analysis of a 3-DOF Parallel Polishing ManipulatorBao Xinmian1Wang Xuelei2Zhang Weitao1Wang Lu1Zhao Dongjie1(1 School of Mechanical & Automotive Engineering, Liaocheng University, Liaocheng 252000, China)(2 School of Automotive Engineering, Beijing Polytechnic, Beijing 100176, China)Abstract A 3-DOF parallel manipulator with X, Y movement and Z rotation for the end-effector is stud⁃ied in order to meet the requirements of copying and polishing of louver blades. In order to verify the kinematic performance of the manipulator, firstly, the mechanism characteristics are described, and the degree of freedom of the mechanism is analyzed based on the spiral theory. Secondly, the kinematics equations of the mechanism are constructed based on the closed-loop vector method, the forward and inverse position solutions are analyzed, and the analysis results are preliminarily verified by concrete examples. Finally, the numerical simulation model and virtual prototype model of the mechanism are constructed, and the inverse kinematics simulation analysis of the position and velocity is carried out. The simulation results show that the analysis results of the two models are consistent, and the result of inverse solution is reliable. The arm chain can coordinate the movement, the movement process is smooth, and the displacement and velocity curves are smooth and without mutation, and can provide a basis for the size optimization and motion control of the manipulator.Key words Parallel manipulator Spiral theory Kinematics Virtual prototype0 引言百叶窗具有良好的通风换气、防热降温功能，广泛应用于民居、大型厂房等场所。
三自由度工业机器人动力学分析
三自由度工业机器人动力学分析摘要：近些年来，随着我国经济社会的迅猛发展，国内的工业化发展也随之获得了空前的发展机会。
以工业用三自由度机器人为模型进行研究。
首先通过拉格朗日功能平衡法来建立机器人的本体动力学模型，然后根据机器人的结构原理图和建立的坐标系推导出机器人的雅可比矩阵，再通过运动学逆解求出各个关节的运动角速度和角加速度。
机器人的各个关节都采用PMSM来进行控制，通过PMSM的数学模型，得到电机的电磁转矩与负载转矩之间的联系，并用飞轮矩来表示转动惯量，并将转矩和飞轮矩通过减速器减速比折算到电机轴上，得到系统总的转动力矩，将得到的机器人的本体动力学模型与雅可比矩阵以及PMSM折算后的转矩相结合，就可以得到机器人完整的动力学模型，可以直观地看出电机各变变化与机器人位置以及速度之间的关系。
关键词：三自由度；工业机器人；动力学引言现在的服务型机器人当中的动力学运用比较广泛，如波士顿机器人的后空翻动作运用的是典型的动力学设计，但是在工业机器人领域当中，更多的是运用运动学来解决问题，动力学的运用相对来说就少之又少，现有的动力学中也以机器人的本体动力学为主，然而，机器人在运动的过程中必然会存在能量的消耗问题，而机器人的动力来源于电机，将电机模型和机器人本体动力学模型结合得到的动力学模型将全面考虑机器人的运动过程中的消耗问题，也将为日后的工业机器人的动力学研究打下基础。
1自由度的概述在统计学中，自由度(degreeoffreedom,df)指的是计算某一统计量时，取值不受限制的变量个数。
通常df=n-k。
其中n为样本数量，k为被限制的条件数或变量个数，或计算某一统计量时用到其它独立统计量的个数。
自由度通常用于抽样分布中。
统计学上，自由度是指当以样本的统计量来估计总体的参数时，样本中独立或能自由变化的数据的个数，称为该统计量的自由度。
一般来说，自由度等于独立变量减掉其衍生量数。
举例来说，变异数的定义是样本减平均值(一个由样本决定的衍生量)，因此对N个随机样本而言，其自由度为N-1。
三自由度并联机器人
三自由度并联机器人三自由度并联机器人步骤一：介绍三自由度并联机器人的概念首先，我们需要明确三自由度并联机器人的概念。
三自由度并联机器人是指具有三个运动轴的机器人系统，每个轴都可以运动。
这种机器人系统通常由三个平行连杆组成，每个连杆都可以绕相应的轴进行旋转或平移运动。
步骤二：解释三自由度并联机器人的工作原理三自由度并联机器人的工作原理可以通过以下步骤来解释。
首先，机器人系统的每个连杆都与一个电机相连，电机可以通过控制系统进行控制。
当电机转动时，连杆也会随之运动。
其次，机器人系统的末端执行器可以根据操作需求进行安装，例如夹持工具、传感器等。
最后，通过控制系统的指令，可以控制机器人系统的每个轴的运动，从而实现所需的操作任务。
步骤三：探讨三自由度并联机器人的应用领域三自由度并联机器人在许多领域都有广泛的应用。
例如，在工业生产中，它可以用于精确装配、焊接、喷涂等操作。
在医疗领域，它可以用于手术辅助、病人康复训练等任务。
在事领域，它可以用于侦查、拆弹等危险任务。
此外，三自由度并联机器人还可以用于空间探索、科学研究等领域。
步骤四：分析三自由度并联机器人的优势和挑战三自由度并联机器人具有许多优势。
首先，它可以实现多轴并联，提高机器人系统的稳定性和精度。
其次，由于每个轴都可以控制，机器人系统具有较高的灵活性和适应性。
此外，三自由度并联机器人还具有较小的体积和较低的能耗，适用于空间有限的环境。
然而，三自由度并联机器人也面临一些挑战。
首先，由于每个轴都需要单独控制，控制系统的复杂度较高。
其次，由于机器人系统的运动轨迹相对复杂，需要进行精确的运动规划和控制。
此外，机器人系统的结构较为复杂，对于设计和维护人员的要求较高。
步骤五：展望三自由度并联机器人的未来发展三自由度并联机器人在未来有着广阔的发展前景。
随着控制技术和传感技术的不断进步，机器人系统的运动控制和精度将得到进一步提高。
此外，随着人工智能技术的发展，三自由度并联机器人将能够更好地适应复杂的工作环境和任务需求。
《微动三指串并联机械手指的研究》范文
《微动三指串并联机械手指的研究》篇一一、引言随着科技的进步和人工智能的不断发展，机器人技术已成为现代工业、医疗、服务等领域的重要支柱。
其中，机械手的研发和应用，特别是其手指部分，直接关系到机器人的操作能力和灵活性。
本文将重点探讨微动三指串并联机械手指的研究，分析其结构、运动原理及优势，为相关领域的研究和应用提供参考。
二、微动三指串并联机械手指的结构与设计微动三指串并联机械手指是一种多关节、多自由度的机械结构，具有高度的灵活性和操作性。
该结构主要包括三个相互独立的机械指以及相应的驱动、控制系统。
每个机械指由多个串联和并联的关节组成，这些关节在微动力的驱动下，可以产生精确的位移和动作。
设计上，微动三指串并联机械手指采用了轻质、高强度的材料，以降低整体重量和提高负载能力。
同时，为了实现精确控制，该结构还配备了高精度的传感器和控制系统，可以实时监测和调整每个关节的位置和速度。
三、运动原理与优势微动三指串并联机械手指的运动原理基于串联和并联机构的运动学原理。
在微动力的驱动下，各个关节之间相互协调，使机械指能够完成复杂的动作。
与传统的机械手相比，微动三指串并联机械手指具有以下优势：1. 高灵活性：由于采用了多关节、多自由度的设计，该机械手指可以完成更加复杂的动作，适应各种不同的操作需求。
2. 高精度：高精度的传感器和控制系统保证了机械手指在运动过程中的精确性和稳定性。
3. 负载能力强：采用轻质、高强度的材料，使机械手指在保证灵活性的同时，也具有较高的负载能力。
4. 适应性强：微动三指串并联机械手指可以通过串并联机构的组合和调整，适应不同尺寸和形状的物体，提高操作效率。
四、应用领域微动三指串并联机械手指具有广泛的应用前景，主要应用于以下几个方面：1. 工业领域：在自动化生产线中，微动三指串并联机械手指可以代替人工完成高精度、高难度的操作任务，提高生产效率和产品质量。
2. 医疗领域：在医疗机器人中，该机械手指可以用于辅助医生进行手术操作，提高手术的精确性和安全性。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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摘
要： 以三 自由度 Ｄ ｅ ｌ ｔ ａ并联机械手作为研究对象， 在Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 环境 下建立基于虚功原理法得到 的并联机构 系统动力
学求解模 型，并在 Ｓ ｉ ｍ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ中建立系统物理模型。在 系统动力学方程 的基础上设计 了基 于动力学的模糊解耦控制 器， 综合考虑 了机构的运动学和动力学特性。给 出平 台运动的期望轨迹 ， 分别在 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ和 Ｓ ｉ ｍ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ 中进行逆动力 学仿真分析 ， 验证逆动力学方程的准确性 ， 之后进行模糊解耦控制 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ／ Ｓ ｉ ｍ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ 联合仿真分析 。 运行结果表 明， Ｄ ｅ ｌ ｔ ａ 机械手的响应符合预期期望 ， 精度 高于计算力矩控制 ， 跟踪效果较好 。 关键 词： Ｄ ｅ ｌ ｔ ａ机械手 ； Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ； Ｓ ｉ ｍｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ； 计算力矩控 制； 模糊解耦控制
第 ９期
２ ０ １ ７年 ９月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ ４ ３
三 自由度 并联机械手动 力学分析 与控 制
彭 志文 ， 高宏 力 ， 文 刚， 梁 超
６ １ ０ ０ ３ １ ） （ 西南交通大学 机械工程学 院， 四川 成都
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ｏ ９ — ０ ２ ４ ３ — ０ ３
Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ３ － ＤＯＦ Ｐａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ Ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ
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