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柔性并联机器人动力学建模 被引量:22
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作者 胡俊峰 张宪民 +1 位作者 朱大昌 陈强 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期208-213,共6页
针对一般柔性并联机器人动力学模型,提出了一种精确而简单的动力学建模方法。根据并联机器人结构特点,将其划分为若个刚性子结构和弹性子结构,形成一个刚柔结合的系统。静平台和动平台相对其他构件变形较小,将它们作为刚性子结构,各个... 针对一般柔性并联机器人动力学模型,提出了一种精确而简单的动力学建模方法。根据并联机器人结构特点,将其划分为若个刚性子结构和弹性子结构,形成一个刚柔结合的系统。静平台和动平台相对其他构件变形较小,将它们作为刚性子结构,各个支链作为弹性子结构。分别建立各子结构的动力学方程,弹性子结构采用有限元法和模态综合法建立其动力学方程;考虑各个柔性支链弹性变形对刚性子结构的影响,建立刚性子结构动力学方程;推导出相邻的刚性子结构和弹性子结构之间的几何约束关系。通过相邻子结构的协调矩阵,将各个子结构的方程进行装配形成系统的弹性动力学方程。通过一种高速并联机械手的动力学特性比较分析,表明该方法的正确性和可行性。由于引入刚性子结构和采用了模态综合法,减少了系统自由度数,从而简化了计算模型,为柔性并联机器人提供一种实用的建模方法。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 弹性动力学 有限元法 动力学建模 模态综合法
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3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析 被引量:17
2
作者 刘善增 余跃庆 +1 位作者 苏丽颖 杨建新 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1219-1224,共6页
对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,... 对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 动力学建模 固有频率 参量
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柔性并联机器人的研究进展 被引量:10
3
作者 刘善增 朱真才 +1 位作者 王洪欣 訾斌 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2010年第5期1-7,12,共8页
根据掌握的大量文献资料,对柔性并联机器人的构型、机构性能、运动学、动力学和控制策略等几个领域的主要研究成果进行了系统总结。指出了在柔性并联机器人动力学建模和控制研究中应解决的主要问题,以明确进行研究的方向。文章对柔性并... 根据掌握的大量文献资料,对柔性并联机器人的构型、机构性能、运动学、动力学和控制策略等几个领域的主要研究成果进行了系统总结。指出了在柔性并联机器人动力学建模和控制研究中应解决的主要问题,以明确进行研究的方向。文章对柔性并联机器人的系统分析和控制研究等的进一步开展,具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 运动学 动力学 机构性能 控制策略
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柔性平面3-RRR并联机器人耦合动力学及模态特性研究 被引量:8
4
作者 盛连超 李威 +2 位作者 王禹桥 范孟豹 杨雪锋 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第16期1-6,共6页
为了有效抑制柔性平面3-RRR并联机器人柔性杆件的弹性变形,针对现有动力学模型复杂,不易求解,控制器设计困难等问题。考虑刚柔耦合效应及两端集中转动惯量对柔性中间连杆的作用,确定柔性中间连杆的边界条件为两端铰支并计算其振型函数... 为了有效抑制柔性平面3-RRR并联机器人柔性杆件的弹性变形,针对现有动力学模型复杂,不易求解,控制器设计困难等问题。考虑刚柔耦合效应及两端集中转动惯量对柔性中间连杆的作用,确定柔性中间连杆的边界条件为两端铰支并计算其振型函数。考虑柔性中间连杆的主要振动模态及系统惯性力和耦合力的影响,在保证精度的基础上建立系统简单实用的动力学模型。将所建动力学模型分析结果与有限元分析软件(ANSYS)及模态试验结果对比,结果表明,所建立动力学模型能够有效反映柔性平面3-RRR并联机器人的主要振动模态,并能充分反映惯性力和耦合力对柔性中间连杆动力学模型及模态特性的影响,同时此模型由于动态参数较少,方便依托动力学模型为基础的控制方案实施。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 ANSYS仿真分析 假设模态法 耦合动力学模型 模态特性
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柔性并联机器人非线性摩擦动力学建模与速度规划 被引量:7
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作者 赵磊 范梦然 +2 位作者 赵新华 周海波 栾倩倩 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期390-396,共7页
为了实现柔性并联机器人的高速、高精度控制,基于Hensens&Kostic理论,计入关节非线性摩擦力建立了Lagrange动力学误差模型,测试了补偿前后机器人的单点定位误差。基于机构最大速度和加速度约束条件,分析了S型和常用T型2种速度规划... 为了实现柔性并联机器人的高速、高精度控制,基于Hensens&Kostic理论,计入关节非线性摩擦力建立了Lagrange动力学误差模型,测试了补偿前后机器人的单点定位误差。基于机构最大速度和加速度约束条件,分析了S型和常用T型2种速度规划算法下机器人的位置误差和速度性能。仿真结果表明:T型速度规划位置和速度跟踪最大误差为78.1μm和11.4 mm/s,而S型速度规划分别是37.8μm和3.72 mm/s,且2个终止点定位误差仅为8.1μm和8.9μm;速度性能方面,S型速度峰值误差变化最大仅为1.74 mm/s,远小于T型速度规划的6.88 mm/s。可见,在高速下S型速度规划算法保证了较高的位置跟踪精度尤其是定位精度,速度尖峰突变小且整体曲线相对平缓,大幅提高了速度跟踪精度和运动平稳性,更易于实现机器人高速、高精度平稳控制。实验测试了机器人连续运动下定点位置误差,仿真所得位置误差小于实测数据,存在100μm左右的误差,但所得结论一致,验证了仿真分析的有效性。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 非线性摩擦 动力学 速度规划 误差
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3-RRR柔性平面并联机器人自激振动控制 被引量:7
6
作者 杨杰 邱志成 张宪民 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第21期138-143,共6页
对平面3自由度并联机器人进行了运动学建模和运动控制研究。在平台运动过程中,对柔性杆上压电陶瓷的振动进行实时采样,获取振动信号的情形和主要模态。在高速运动到目标点时,由于柔性杆弹性变形过大导致存储能量过高,使得残余振动可能... 对平面3自由度并联机器人进行了运动学建模和运动控制研究。在平台运动过程中,对柔性杆上压电陶瓷的振动进行实时采样,获取振动信号的情形和主要模态。在高速运动到目标点时,由于柔性杆弹性变形过大导致存储能量过高,使得残余振动可能转化为自激振动。由于平台存在建模误差,摩擦,间隙,机电耦合等非线性因素,无末端传感器,采用非线性算法半闭环反馈控制。在特定的区域,通过获取伺服电机编码器位置值并与所需脉冲值进行比较,应用非线性PD算法进行同向补偿实验,控制伺服电机的摆动,从而有效地抑制住了平台自激振动。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 运动控制 自激振动 主动控制
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3-PPSR柔性并联机器人力控制研究 被引量:4
7
作者 栾玉亮 荣伟彬 +1 位作者 吴方勇 孙立宁 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期85-90,共6页
针对3-PPSR并联机器人加入大长径比柔性铰链和与外界环境接触产生形变的问题,在控制端提出了基于位置阻抗控制的主动柔顺控制策略。该方法在柔性并联机器人与外界环境对象的等效作用模型和基于位置的阻抗控制模型基础上,引入外界环境作... 针对3-PPSR并联机器人加入大长径比柔性铰链和与外界环境接触产生形变的问题,在控制端提出了基于位置阻抗控制的主动柔顺控制策略。该方法在柔性并联机器人与外界环境对象的等效作用模型和基于位置的阻抗控制模型基础上,引入外界环境作用力和结合系统的力跟踪模型,通过调整初始参考位置控制模型的稳态误差实现基于位置的外力跟踪控制。采用Lyapunov稳定模型和能量方程,在未知环境变量条件下通过力偏差直接控制目标位置的自适应控制系统实现自适应的力控制。实验结果表明,基于位置的外力控制精度可以达到±0.05N,应用自适应控制精度可以达到±0.1N,3-PPSR柔性并联机器人的末端的接触力控制精度得到了提高,满足设计要求,验证了该控制方法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 阻抗控制 自适应控制 力控制
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平面柔性连杆3-RRR并联机器人动力学建模 被引量:3
8
作者 杜兆才 余跃庆 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2008年第3期18-21,25,共5页
为了描述包含柔性连杆的平面柔性3-RRR并联机器人的运动学、动力学特性,需要建立机器人的弹性动力学模型。采用一种适用于刚体、柔体混合的复杂机械系统有限元建模方法,通过分析柔性连杆与刚性动平台的运动学耦合关系,推导出单元弹性广... 为了描述包含柔性连杆的平面柔性3-RRR并联机器人的运动学、动力学特性,需要建立机器人的弹性动力学模型。采用一种适用于刚体、柔体混合的复杂机械系统有限元建模方法,通过分析柔性连杆与刚性动平台的运动学耦合关系,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,利用运动弹性动力学理论,建立了平面柔性3-RRR并联机器人的弹性动力学方程。避免了采用运动学、动力学约束方程的弊端,缩小了方程的规模,缩短了计算时间。用SAMCEF软件验证了模型的准确性。计算实例表明,该模型反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 柔性连杆 运动学耦合 转换矩阵 弹性动力学模型
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5R柔性并联机器人系统运动微分方程 被引量:3
9
作者 杜兆才 余跃庆 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期75-79,共5页
为了描述平面5R柔性并联机器人的运动学和动力学特性,需要建立机器人的运动微分方程。针对刚性活动平台和柔性杆件的运动学耦合特点,改进了一套适用于刚体、柔性体耦合的有限元建模方法,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标... 为了描述平面5R柔性并联机器人的运动学和动力学特性,需要建立机器人的运动微分方程。针对刚性活动平台和柔性杆件的运动学耦合特点,改进了一套适用于刚体、柔性体耦合的有限元建模方法,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,综合考虑了科氏阻尼、离心刚度和几何非线性的影响,利用运动弹性动力学理论,建立了平面5R柔性并联机器人的运动微分方程,避免了采用运动学和动力学约束方程的弊端,提高了建模精度。计算实例表明,该方程反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 运动微分方程 刚柔耦合 有限元方法 转换矩阵
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基于虚拟样机技术的柔性并联机器人建模与仿真 被引量:3
10
作者 杜兆才 余跃庆 苏祥 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2007年第1期44-46,53,共4页
基于虚拟样机原理,利用SAMCEF软件对柔性并联机器人进行运动学、动力学建模和仿真,为柔性并联机器人的分析和设计提供了一种新方法。该方法建模简单,可视化强,后处理功能强大,可用于验证其它建模方法的理论分析结果。首次提出一种基于SA... 基于虚拟样机原理,利用SAMCEF软件对柔性并联机器人进行运动学、动力学建模和仿真,为柔性并联机器人的分析和设计提供了一种新方法。该方法建模简单,可视化强,后处理功能强大,可用于验证其它建模方法的理论分析结果。首次提出一种基于SAMCEF软件的柔性并联机器人固有频率的计算方法,可迅速计算柔性并联机器人在整个运动周期中的各阶固有频率。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 虚拟样机 SAMCEF软件 仿真 固有频率
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3-■RS柔性并联机器人的动力学分析 被引量:3
11
作者 刘善增 余跃庆 +2 位作者 佀国宁 刘庆波 杨建新 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期757-762,共6页
对一种空间3-■RS柔性并联机器人进行了动力学分析。首先,提出了一种空间柔性梁单元模型;接着,利用有限元理论、KED分析方法和Lagrange方程建立了3-■RS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过运动协调条件将各支链的动力学方程组装在一起... 对一种空间3-■RS柔性并联机器人进行了动力学分析。首先,提出了一种空间柔性梁单元模型;接着,利用有限元理论、KED分析方法和Lagrange方程建立了3-■RS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过运动协调条件将各支链的动力学方程组装在一起,得到了系统弹性动力学方程,在此基础上,分析了柔性并联机器人动力学方程的Newmark求解方法;最后,通过算例分析了该柔性并联机器人动平台动力学响应的变化规律。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 动力学分析 位移误差 有限元 动力学响应
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3-PSS柔性并联微操作机器人运动学及工作空间分析 被引量:2
12
作者 任军 何文浩 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第12期58-63,共6页
将3-PSS型delta并联机构中的球铰用柔性铰链替代,设计了3-PSS柔性并联微操作机器人。首先通过坐标变换法建立机器人的位置方程,并根据位置方程推导机器人正、逆运动学模型,然后通过数值算例验证了理论模型的正确性,最后通过MATLAB软件... 将3-PSS型delta并联机构中的球铰用柔性铰链替代,设计了3-PSS柔性并联微操作机器人。首先通过坐标变换法建立机器人的位置方程,并根据位置方程推导机器人正、逆运动学模型,然后通过数值算例验证了理论模型的正确性,最后通过MATLAB软件对机器人模型进行运动学仿真得出机器人的工作空间,同时讨论了在不同导轨长度、杆长以及柔性铰链极限转角等结构参数下机器人工作空间的变化情况,分析结果对基于特定约束条件下的3-PSS柔性并联微操作机器人结构设计具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 3-PSS 柔性并联机器人 柔性球铰 工作空间
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柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析 被引量:2
13
作者 杜兆才 余跃庆 苏丽颖 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第2期165-170,共6页
为了获得精确的柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析结果,通过对柔性并联机器人动力学模型的分析,提出了基于微分法的动力学特性灵敏度分析方法,计算精度比差分法提高25%,计算时间缩短了86%。分析了柔性并联机器人动力学特性对各设计... 为了获得精确的柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析结果,通过对柔性并联机器人动力学模型的分析,提出了基于微分法的动力学特性灵敏度分析方法,计算精度比差分法提高25%,计算时间缩短了86%。分析了柔性并联机器人动力学特性对各设计参数的灵敏度。柔性并联机器人的动力学特性对连架杆的截面积、构件集中质量及各杆件截面的厚度比较敏感。利用灵敏度微分法计算了设计参数发生微小变化后的动态响应值及固有频率值,在误差小于7%的情况下,计算时间缩短了95%。以3-RRR柔性平面并联机器人为例,说明微分法是准确、有效的。分析动力学特性灵敏度对柔性并联机器人的弹性动力综合和优化设计有重要意义。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 动力学特性 灵敏度 微分法
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平面柔性并联机器人系统建模与仿真研究 被引量:2
14
作者 杜兆才 余跃庆 张绪平 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1094-1098,1117,共6页
利用运动弹性动力学理论和有限元方法研究了平面柔性并联机器人的动力学建模方法。分析了各运动支链的弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人系统的运动学约束条件和动力学约束条件,综合考虑了构件的分布质量、集中质量、集中转动... 利用运动弹性动力学理论和有限元方法研究了平面柔性并联机器人的动力学建模方法。分析了各运动支链的弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人系统的运动学约束条件和动力学约束条件,综合考虑了构件的分布质量、集中质量、集中转动惯量以及杆件的各种弹性变形的影响,建立了平面柔性并联机器人的动力学模型。以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用MATLAB语言编程进行了仿真计算,并用SAMCEF软件的计算结果验证了模型的准确性。仿真结果表明该动力学模型能正确地反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 动力学 建模 仿真 弹性振动 误差
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基于Virtual.lab的柔性并联机器人仿真平台 被引量:2
15
作者 苏祥 余跃庆 +1 位作者 杜兆才 杨建新 《计算机仿真》 CSCD 2008年第4期164-168,共5页
为了实现柔性并联机器人的快速可视化建模,提供柔性并联机器人动力学分析的新途径,针对柔性并联机器人系统内刚体、柔体耦合的难点,利用Virtual.lab软件对VBA的支持及其处理机械系统弹性动力学问题的优势,结合数据库技术、参数化建模原... 为了实现柔性并联机器人的快速可视化建模,提供柔性并联机器人动力学分析的新途径,针对柔性并联机器人系统内刚体、柔体耦合的难点,利用Virtual.lab软件对VBA的支持及其处理机械系统弹性动力学问题的优势,结合数据库技术、参数化建模原理和柔性并联机器人动力学仿真的特点,对Virtual.lab软件进行二次开发,建立柔性并联机器人动力学仿真平台,可实现柔性并联机器人动力学特性的分析。该平台操作简单,建模效率高,计算速度快,便于机械工程师在机械设计中使用。为柔性并联机器人结构优化设计及运动学、动力学规划指标的确定提供科学依据。 展开更多
关键词 虚拟工程试验室 柔性并联机器人 动力学
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3自由度柔性并联机器人的实验研究 被引量:2
16
作者 吴绍群 张学涛 余跃庆 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2009年第5期39-41,44,共4页
柔性臂在运动过程中不可避免的产生弹性振动,其末端轨迹便在理想轨迹附近振动。利用采用两种方法对3-RRR柔性并联机器人动平台轨迹进行测量:3D光学测量仪OPTOTRAK,以及基于线尺传感器的数据采集系统,并对实验结果进行了对比。
关键词 柔性并联机器人 OPTOTRAK 线尺传感器 运动学数据采集
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3-RRS柔性并联机器人的振动特性分析 被引量:2
17
作者 刘善增 余跃庆 +1 位作者 杜兆才 杨建新 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第7期861-865,共5页
基于有限元法、Lagrange方程和运动协调条件,建立了3-RRS柔性并联机器人的弹性动力学模型。分析了含有Rayleigh阻尼的3-RRS柔性并联机器人的振动特性。通过算例,揭示了系统阻尼固有频率与模态衰减系数的变化规律。研究3-RRS柔性并联机... 基于有限元法、Lagrange方程和运动协调条件,建立了3-RRS柔性并联机器人的弹性动力学模型。分析了含有Rayleigh阻尼的3-RRS柔性并联机器人的振动特性。通过算例,揭示了系统阻尼固有频率与模态衰减系数的变化规律。研究3-RRS柔性并联机器人系统的振动特性可为此类机器人的机构优化设计、控制和工程应用提供指导。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 动力学 Rayleigh阻尼 振动特性
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柔性并联机器人运动学与动力学约束及系统方程 被引量:2
18
作者 杜兆才 余跃庆 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期236-240,共5页
为了建立包含柔性杆件的并联机器人的动力学模型,利用运动弹性动力学理论及有限元方法.分析了柔性并联机器人各支链的弹性变形、弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人的运动约束条件和动力约束条件,建立了平面柔性并联机器人的系... 为了建立包含柔性杆件的并联机器人的动力学模型,利用运动弹性动力学理论及有限元方法.分析了柔性并联机器人各支链的弹性变形、弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人的运动约束条件和动力约束条件,建立了平面柔性并联机器人的系统方程.以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用SAMCEF软件验证了模型的正确性,二者最大相对误差小于9%,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性. 展开更多
关键词 柔性并联机器人 弹性变形 耦合 运动约束条件 动力约束条件 系统方程
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柔性并联机器人频率特征分析 被引量:1
19
作者 杜兆才 余跃庆 刘善增 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2007年第3期49-53,共5页
为了描述柔性并联机器人的弹性动力学性能,分析了机器人振动频率的特征。计算了机器人在整个运动过程中的频率,绘制了机器人在工作空间内的基频图,可用于选择机器人的工作位置,以避免产生共振或低阶谐振。讨论了频率求解精度、收敛性与... 为了描述柔性并联机器人的弹性动力学性能,分析了机器人振动频率的特征。计算了机器人在整个运动过程中的频率,绘制了机器人在工作空间内的基频图,可用于选择机器人的工作位置,以避免产生共振或低阶谐振。讨论了频率求解精度、收敛性与单元横向弹性位移型函数以及单元数量之间的关系。计算实例表明,不同位形的机器人的频率差别很大。在奇异位形处,基频为零。研究频率特性可为柔性机器人的分析、设计、控制提供指导。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 频率 精度 收敛性 奇异位形
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三自由度柔性并联机器人运动参数检测系统开发 被引量:1
20
作者 张学涛 田阳 +2 位作者 叶威 李双 柴艳丽 《计测技术》 2010年第3期25-28,共4页
以线尺传感器为采集单元,以RTLinux为开发平台,建立了平面三自由度柔性并联机器人运动参数检测系统,实现了机器人动平台运动位姿的实时获取。设计并完成了柔性系统下的高速、高加速轨迹实验,通过实验结果与仿真结果的对比,表明该检测系... 以线尺传感器为采集单元,以RTLinux为开发平台,建立了平面三自由度柔性并联机器人运动参数检测系统,实现了机器人动平台运动位姿的实时获取。设计并完成了柔性系统下的高速、高加速轨迹实验,通过实验结果与仿真结果的对比,表明该检测系统实时性强,可靠性高,可以为平面三自由度柔性并联机器人全闭环实时控制提供支持。 展开更多
关键词 柔性并联机器人 线尺传感器 运动参数检测系统 实时
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