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科研一角并联机器人机构位置正解

时间:2022-08-19 03:53:09 作者:澳客app下载 来源:澳客彩票手机版

  1965年,Stewart发表了“一个具有6个自由度的平台”,引起工程界的关注。Stewart的平台机构具备许多优点,如输出精度高、结构刚性好、承载能力强、便于控制、部件简单等。1978年,Hunt进一步将它推广为并联机器人机构。在此之后,许多机构学研究者都倡议使用这种并联机构。

  并联机器人机构是机、电、计算机相结合的产物,其应用几乎涉及现代尖端技术的各个领域。如机器人、数控加工中心、运载工具模拟器、六维微调机构、空间位姿测量机、六维力矩测量器等。发达国家近年来均投巨资开发其应用。

  并联机器人机构位置正解简单地说就是由并联着的6条腿的伸长确定末端平台的位姿。这是并联机器人机构应用的基础,因而成为近年来国际机构学界的一个研究热点。

  如何用最小的机构尺寸获得必需的工作空间,如何避开机构运动的奇异位置,如何校对机器零位置,如何分析输出误差等,都要求获得并联机构的位置正解。然而,获得并联机构的位置正解比逆解要困难得多,其计算过程需要求解多元非线性方程组。

  到目前为止,数学上尚无完备的方法求其解析解。所以机构学研究者一开始便采用数值分析的方法,但是它们或者不能求出机构位置的全部正解,或者算法不稳定,或者过分依赖于初值,而且计算工作量大,求解速度慢。

  并联机器人机构种类繁多。根据平台能实现的自由度数,将并联机器人机构分别称为2~ 6自由度机构;根据有效支链数目,将并联机器人机构分别称为2~ 6级。6自由度6级并联机器人机构是最一般、最复杂的机构,其应用最多,是研究的主要目标。并联机器人机构的支链也分为多种形式。从实用的角度看,以SPS链为支链有多种优越性,如结构简单、承载能力强等。其它支链形式如TPS支链在分析方法上与SPS支链相似。根据SPS支链的球铰中心在平台及机座上是否共面,并联机器人机构又分为平台型和台体型2种。以SPS为支链的平台型并联机器人机构是近年来并联机构位移分析的主要研究对象。根据动平台和基座的几何形状把平台型机构又细分为型和式。最一般的型和式是与6条腿相连的铰链中心在平台和基座上各自形成一个任意六边形,我们把它称为6-6式6-6型。

  3、研究方法和路线年代末,北京邮电大学机械学研究所的研究人员开始了并联机器人机构位移分析的工作。1989年底,荣辉和梁崇高完成了6-3式6-3型台体并联机器人机构的位移分析,他们采用结式消元获得了16次的输入输出方程。同时廖启征和梁崇高完成了3-TPS机构位置正解分析,证明机构解的数目为8个。1990年,这2个成果“三边型6-SPS并联机械手的位移分析”和“空间3-TBS机构位移分析”发表在全国第7届机构学学术讨论会上。1991年,关于6-3式6-3型SPS并联机器人机构位移分析的研究成果《一种Stewart平台型机械手位移正解》正式发表。随后的研究分2条途径向最一般,也是最困难的6-6平台机构挺进。第一条途径是将复合在一起的多个铰链中心逐步分离,即逐步解决从3-3式到6-6式的机构分析。

  第二条途径是考虑当6个铰链中心形成的多边形为某个特殊形状时机构的位置正解。这条途径比上一途径更实用。

  科学研究是无止境的,初步完成了平台机构的位移分析后,我们又开始了台体机构的分析。1993年8月,廖启征等获得了4-6台体机构的位置正解,其分析经过数字验证并与其特例的已有分析结果相符合。此后《关于一种5-5台体机构的位置正解》1999年发表在MMT上。

  Kilryong Han等在“Local Structurization for the Forward Kinematics of Parallel Manipu-lators Using Extra Sensor Data”一文中指出∶“文(福安)和梁(崇高)找到了一种求封闭形式的6-6 Stewart平台机械手(SPM)位置正解的方法。在他们的方法中,6-6 Stewart平台机械手的正运动学问题被归结为一个20次的一元多项”。课题组的主要成员经过深入的研究,在提高机床精度方面初步取得了可喜的进展。目前“并联机器人机构的位置正解”的研究成果正在用于我国自主研制的虚轴机床。随着并联机器人机构在我国高技术领域的推广,并联机器人机构这门新兴技术将会发挥越来越大的作用。

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