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Biomimetic Shoulder Complex Based on 3-PSS/S Spherical Parallel Mechanism 被引量:23
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作者 HOU Yulei HU Xinzhe +1 位作者 ZENG Daxing ZHOU Yulin 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期29-37,共9页
The application of the parallel mechanism is still limited in the humanoid robot fields, and the existing parallel humanoid robot joint has not yet been reflected the characteristics of the parallel mechanism complete... The application of the parallel mechanism is still limited in the humanoid robot fields, and the existing parallel humanoid robot joint has not yet been reflected the characteristics of the parallel mechanism completely, also failed to solve the problem, such as small workspace, effectively. From the structural and functional bionic point of view, a three degrees of freedom(DOFs) spherical parallel mechanism for the shoulder complex of the humanoid robot is presented. According to the structure and kinetic characteristics analysis of the human shoulder complex, 3-PSS/S(P for prismatic pair, S for spherical pair) is chosen as the original configuration for the shouder complex. Using genetic algorithm, the optimization of the 3-PSS/S spherical parallel mechanism is performed, and the orientation workspace of the prototype mechanism is enlarged obviously. Combining the practical structure characteristics of the human shouder complex, an offset output mode, which means the output rod of the mechanism turn to any direction at the point a certain distance from the rotation center of the mechanism, is put forward, which provide possibility for the consistent of the workspace of the mechanism and the actual motion space of the human body shoulder joint. The relationship of the attitude angles between different coordinate system is derived, which establishs the foundation for the motion descriptions under different conditions and control development. The 3-PSS/S spherical parallel mechanism is proposed for the shoulder complex, and the consistence of the workspace of the mechanism and the human shoulder complex is realized by the stuctural parameter optimization and the offset output design. 展开更多
关键词 shoulder complex biomimetics spherical parallel mechanism
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新型机器人肩关节及其运动学分析 被引量:22
2
作者 金振林 曹舜 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第14期1639-1642,共4页
基于新型正交布置的3RRR球面并联机构,设计了一种机器人肩关节,介绍其结构布局特点,由几何关系推导了该肩关节的位置反解方程和雅可比矩阵,在给定约束条件下,绘制了肩关节的工作空间,定义了该种肩关节的灵巧度评价指标,并绘制了灵巧度... 基于新型正交布置的3RRR球面并联机构,设计了一种机器人肩关节,介绍其结构布局特点,由几何关系推导了该肩关节的位置反解方程和雅可比矩阵,在给定约束条件下,绘制了肩关节的工作空间,定义了该种肩关节的灵巧度评价指标,并绘制了灵巧度评价指标在工作空间上的分布图。该肩关节具有结构紧凑、解耦性好、加工及装配性好等特点,是一种较理想的人形机器人肩关节。 展开更多
关键词 肩关节 球面并联机器人 正交 工作空间 灵巧度
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二自由度球面并联机构U_(P+R)静力学分析 被引量:12
3
作者 周玉林 李波 +1 位作者 杨龙 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第15期2081-2087,共7页
采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表... 采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表明,仅在外力作用下,机构的输入力矩恒等于零,构件上的力随机构位姿的变化比较平缓,仅在外力矩作用下,机构的输入力矩、构件上的力随着机构位姿的变化与机构的特性相关。力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的,并可以分离。研究结果为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础和依据。 展开更多
关键词 球面并联机构 过约束 静力学 变形协调方程
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3-P_CSS/S球面并联肩关节机构优化与仿生设计 被引量:12
4
作者 侯雨雷 汪毅 +2 位作者 范建凯 胡鑫喆 曾达幸 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期16-23,共8页
以实现人体肩关节结构和功能仿生为目标,提出以3-PCSS/S(PC表示具有环形导轨的移动副,S为球面副)球面并联机构为仿生肩关节的原型机构,并针对其开展机构优化与仿生设计。将具有环形导轨的移动副PC等价为转动副,进行机构的位置反解并求... 以实现人体肩关节结构和功能仿生为目标,提出以3-PCSS/S(PC表示具有环形导轨的移动副,S为球面副)球面并联机构为仿生肩关节的原型机构,并针对其开展机构优化与仿生设计。将具有环形导轨的移动副PC等价为转动副,进行机构的位置反解并求解其运动雅可比。应用遗传算法,依据所确定的姿态工作空间约束条件,以机构姿态工作空间的点数为优化目标,对机构尺寸参数进行全局优化;提出偏置设计以扩大机构输出转角范围,提高肩关节的灵活度。研究工作对人形机器人肩关节实体仿生设计及其研制具有理论指导意义和工程应用价值。 展开更多
关键词 肩关节 球面并联机构 仿生设计 姿态工作空间 偏置输出
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基于差分进化的球面并联机构仿生眼参数优化 被引量:11
5
作者 李树平 谢少荣 +3 位作者 程军 李恒宇 李超 罗均 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期189-194,共6页
确定了仿生眼的目标工作空间,并以雅可比矩阵条件数最大值定义了最差灵巧度。利用差分进化的全局寻优能力对最差灵巧度的最大值进行优化,采用动态缩放因子解决优化过程中的早熟问题,增强了全局搜索能力。在满足仿生眼特殊结构要求并使... 确定了仿生眼的目标工作空间,并以雅可比矩阵条件数最大值定义了最差灵巧度。利用差分进化的全局寻优能力对最差灵巧度的最大值进行优化,采用动态缩放因子解决优化过程中的早熟问题,增强了全局搜索能力。在满足仿生眼特殊结构要求并使目标工作空间内任意姿态都具有较好灵巧度的情况下,确定了合理的结构参数。最后实验表明参数优化后的仿生眼实物很好地满足了设计要求。 展开更多
关键词 球面并联机构 仿生眼 参数优化 灵巧度 差分进化
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新型过约束球面并联式关节机构仿生设计 被引量:11
6
作者 侯雨雷 胡鑫喆 周玉林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期723-726,730,共5页
以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度... 以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度均衡。对引入的机构中心球面副进行结构改进,大幅扩大了机构实际工作空间。新型仿生关节机构的提出及其结构设计对人形机器人关节的研制具有理论指导意义和实际应用价值。 展开更多
关键词 球面并联机构 仿生关节 静力卸载 刚度 工作空间
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轮-腿复合式移动机器人球面并联腿机构的动力学模型 被引量:10
7
作者 陈原 何淑垒 +2 位作者 姜媛 桑董辉 宁淑荣 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1800-1810,共11页
为适应现代工程领域对移动机器人的新要求,拓展移动机器人的作业场合,该文提出了一种轮-腿复合式移动机器人球面并联腿机构。首先,基于球面并联腿机构的闭环约束方程和旋转变换矩阵构建了其位置逆解数学模型;接着,采用代数消元法推导出... 为适应现代工程领域对移动机器人的新要求,拓展移动机器人的作业场合,该文提出了一种轮-腿复合式移动机器人球面并联腿机构。首先,基于球面并联腿机构的闭环约束方程和旋转变换矩阵构建了其位置逆解数学模型;接着,采用代数消元法推导出了球面并联腿机构的位置正解的解析解;然后,运用影响系数法推导出了球面并联腿机构的速度和加速度影响系数矩阵;在此基础上,运用拉格朗日方法建立了球面并联腿机构的动力学模型。运用数值仿真对运动学和动力学模型进行了验证,仿真得到了给定位姿数据与计算位姿数据之间的最大误差为0.012 7 rad,误差不超过实际值的2.43%,发现了球面并联腿机构驱动力的理论曲线和虚拟样机仿真曲线吻合,两者之间的误差稳定在0~1 N的合理范围内,验证了运动学和动力学模型的正确性。研究结果为轮-腿复合式移动机器人的步态规划和运动控制提供了理论参考。 展开更多
关键词 轮腿机器人 球面并联机构 动力学模型 自由度 螺旋理论
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三自由度正交球面并联机构姿态正解 被引量:5
8
作者 梅江平 倪雁冰 +1 位作者 王辉 孔德庆 《机械设计》 CSCD 北大核心 2002年第4期8-10,共3页
结合国家“86 3”高技术发展项目 ,以开发基于球面并联机构的数控回转台为目标 ,建立了高效的运动学正解模型 ,并给出显式解析表达 。
关键词 三自由度 姿态正解 球面并联机构 数控系统 数控回转台
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2-RRR+RRS球面并联机构的静刚度分析 被引量:8
9
作者 周玉林 高峰 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2008年第4期35-40,共6页
基于计算杆件变形方法及小变形叠加原理,推导2-RRR+RRS机构动平台的角位移、球心点线位移与机构各支链构件上的力的关系。依据静力学分析的结果,即支链构件上的力与动平台上的外载荷的关系,建立机构的动平台上球心点的位移与外载荷关系... 基于计算杆件变形方法及小变形叠加原理,推导2-RRR+RRS机构动平台的角位移、球心点线位移与机构各支链构件上的力的关系。依据静力学分析的结果,即支链构件上的力与动平台上的外载荷的关系,建立机构的动平台上球心点的位移与外载荷关系,进而得到机构的整体柔度、刚度矩阵。通过正交变换,得到了机构的6个主刚度指标及所在的主方向。分析与计算结果表明,主刚度在三个主方向上较大、另三个方向则较小,且差值巨大。零点附近刚度较小、离零点越远刚度越大。而刚度数量级(值)比3-RRS大、比3-RRR小,证明了过约束使机构刚度增大。为该机构的工程设计和应用提供理论基础。 展开更多
关键词 球面并联机构 主刚度 正交变换 角位移 线位移
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球面三自由度并联机构瞬时运动分析 被引量:8
10
作者 史革盟 《机电工程》 CAS 北大核心 2019年第1期7-12,共6页
为解决球面三自由度并联机构末端构件上角锥的瞬时定位问题,结合该机构仅具有3个转动自由度的结构特点,采用四元数代数表示构件的有限转动,将机构运动分析转化为求解瞬时转动四元数算子。开展了该机构上角锥相对参考坐标系的微分转动分... 为解决球面三自由度并联机构末端构件上角锥的瞬时定位问题,结合该机构仅具有3个转动自由度的结构特点,采用四元数代数表示构件的有限转动,将机构运动分析转化为求解瞬时转动四元数算子。开展了该机构上角锥相对参考坐标系的微分转动分析,建立了描述上角锥瞬时转动四元数算子的运动微分方程和瞬时转动轴连续轨迹曲面的矢量方程,导出了机构运动微分方程的基础解系,提出了以瞬轴面导线的曲率和挠率量化机构在某一时刻微分运动的特征;在Matlab软件中通过数值积分和数值微分两种方法,求得了四元数算子瞬时转动轴线的变化轨迹和等效转角的变化曲线;瞬轴面导线变化平稳,预示了机构在所给的运动学参数下具有良好的运动学品质,得到了两种数值方法截断误差的预估值和所能达到的精度等级。仿真结果表明:数值积分方法精度略高。 展开更多
关键词 球面并联机构 四元数代数 运动微分方程 数值积分
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移动副驱动的2-DOF球面并联机构运动学分析 被引量:7
11
作者 李占贤 杨志杰 于江 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第11期216-218,共3页
提出了一种新型移动副驱动的二自由度球面并联机构,介绍了机构的基本特征并计算了其自由度,验证了该机构运动的确定性。该并联机构采用移动副驱动,具有定位准确、输出力大、容易控制的特点。借助球面解析几何理论,以杆长和共线为约束条... 提出了一种新型移动副驱动的二自由度球面并联机构,介绍了机构的基本特征并计算了其自由度,验证了该机构运动的确定性。该并联机构采用移动副驱动,具有定位准确、输出力大、容易控制的特点。借助球面解析几何理论,以杆长和共线为约束条件建立了机构的约束方程,采用解析法获得了该并联机构的位置正、逆解;利用求导的方法进一步得到该机构速度和加速度的正、逆解。研究结果丰富了球面并联机构的构型,为该并联机构的应用打下了理论基础。 展开更多
关键词 球面并联机构 运动学 位置正解
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球面并联式人形机器人髋关节机构运动学与仿生设计 被引量:6
12
作者 侯雨雷 赵春秀 +3 位作者 范建凯 胡鑫喆 曾达幸 周玉林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2014年第12期25-30,共6页
从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机... 从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机构自由度数目、性质及位置反解进行分析;采用遗传算法,以姿态工作空间最大化为目标对并联髋关节机构进行优化;结合人体髋关节实际结构特点,提出偏置输出方式,从而使得机构实际输出空间的形状和位置更加符合人体髋关节运动轨迹需求。研究内容为人形机器人髋关节仿生的理论研究和进一步的样机研制奠定了基础。 展开更多
关键词 髋关节 球面并联机构 关节仿生 偏置输出 工作空间
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基于球面三角学的球面并联机构位姿正解 被引量:3
13
作者 何开明 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 2003年第6期46-49,共4页
用球面三角学的方法求 3自由度球面并联机构的位姿正解 ,使其平面化。找出了能确定 Stewart平台 3自由度运动的 2个输出变量 ,使求解工作大为简化。用消元法解决了一般 3自由度球面并联机构的位姿正解问题。以正交 3自由度球面并联机构... 用球面三角学的方法求 3自由度球面并联机构的位姿正解 ,使其平面化。找出了能确定 Stewart平台 3自由度运动的 2个输出变量 ,使求解工作大为简化。用消元法解决了一般 3自由度球面并联机构的位姿正解问题。以正交 3自由度球面并联机构为例 ,进行实例分析 ,导出了简洁的位姿正解显式解析式 ,完全解决了该机构实时控制的问题。 展开更多
关键词 球面并联机构 位姿正解 球面三角 STEWART平台
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3-RRR数控回转台的机械设计 被引量:4
14
作者 曾宪菁 黄田 +1 位作者 曾子平 李亚 《机械设计》 CSCD 北大核心 2001年第1期13-16,共4页
在构造描述球面三自由度并联机构构件之间干涉模型的基础上 ,借助实体造型和动画演示检验构件在给定工作空间中的干涉情况 。
关键词 球面并联机构 数控回转台 机械设计 三自由度
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新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构动力学性能分析 被引量:5
15
作者 徐奕柳 杨龙 +2 位作者 杨中原 肖超 周玉林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第16期1971-1976,共6页
提出了一种新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构,根据机构的几何约束关系和速度合成定理,建立包括各个构件位姿、速度的机构运动学模型。在此基础上,考虑各构件惯性力的影响,基于虚功原理和拉格朗日方程,建立了机构动力学模型。... 提出了一种新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构,根据机构的几何约束关系和速度合成定理,建立包括各个构件位姿、速度的机构运动学模型。在此基础上,考虑各构件惯性力的影响,基于虚功原理和拉格朗日方程,建立了机构动力学模型。通过实验测量,得到一组人体踝关节的运动学数据,利用傅里叶公式进行拟合,得到人体踝关节的位姿函数。将此位姿函数分别作为理论模型、踝关节虚拟样机的输出,得到踝关节机构输入的数值解、仿真数据,验证了运动学和动力学模型的正确性。研究结果为该人形机器人踝关节机构在工程中的结构设计与应用提供了动力学理论基础和依据。 展开更多
关键词 人形机器人 踝关节机构 动力学分析 球面并联机构
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轮-腿复合移动机器人RUPU-RUPR球面并联腿机构动力学研究 被引量:5
16
作者 桑董辉 陈原 高军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期376-383,共8页
提出了一种二自由度球面并联腿机构,并以该机构为基础,设计了一种结构简单且越障性能良好的轮-腿复合移动机器人。阐述了该机构的组成,采用解析几何法和闭环约束方程构建了RUPU-RUPR球面并联腿机构的位置逆解、工作空间、速度和加速度模... 提出了一种二自由度球面并联腿机构,并以该机构为基础,设计了一种结构简单且越障性能良好的轮-腿复合移动机器人。阐述了该机构的组成,采用解析几何法和闭环约束方程构建了RUPU-RUPR球面并联腿机构的位置逆解、工作空间、速度和加速度模型,并验证了其准确性。运用牛顿-欧拉法建立了RUPU-RUPR球面并联腿机构的动力学模型。在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解出RUPR驱动支链驱动力,RUPU驱动支链驱动力矩以及RUPR驱动支链约束力矩,并给出动力学模型仿真解。结果表明该机构具有良好的工作性能。 展开更多
关键词 轮-腿复合移动机器人 球面并联机构 动力学模型
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矢量推进解耦球面并联机构动力学研究 被引量:5
17
作者 张荣敏 陈原 高军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期319-326,共8页
为实现水下机器人的矢量推进,提出了一种2自由度解耦球面并联机构。基于螺旋理论计算了机构的自由度,分析了机构的运动学,获取了机构的运动学正逆解。利用一阶运动影响系数法推导出了机构的雅可比矩阵,并在旋量形式的牛顿-欧拉方程基础... 为实现水下机器人的矢量推进,提出了一种2自由度解耦球面并联机构。基于螺旋理论计算了机构的自由度,分析了机构的运动学,获取了机构的运动学正逆解。利用一阶运动影响系数法推导出了机构的雅可比矩阵,并在旋量形式的牛顿-欧拉方程基础上,运用船舶水动力学的螺旋桨推进理论,建立了机构的动力学方程,并给出了相应的数值算例。 展开更多
关键词 矢量推进 球面并联机构 螺旋理论 运动影响系数
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RRR-UPRR-RPUR球面转动并联机构运动学分析 被引量:4
18
作者 张帆 张丹 杨建国 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期202-206,224,共6页
构造了RRR-UPRR-RPUR球面转动并联机构,该机构具有3个连续的转动自由度,其中2个转动自由度完全独立并由单个驱动器驱动,实现了三自由度球面转动的运动解耦。首先,根据螺旋理论建立运动支链中运动副在一般位形下的运动螺旋形式,实现对球... 构造了RRR-UPRR-RPUR球面转动并联机构,该机构具有3个连续的转动自由度,其中2个转动自由度完全独立并由单个驱动器驱动,实现了三自由度球面转动的运动解耦。首先,根据螺旋理论建立运动支链中运动副在一般位形下的运动螺旋形式,实现对球面转动并联机构自由度的连续性判断。其次,利用线性代数方法,推导出并联机构动平台及相邻杆件的运动学模型,建立了球面转动并联机构的运动学正解的解析算法。最终,利用软件实体造型的运动仿真功能验证了理论计算结果。 展开更多
关键词 球面转动并联机构 解耦运动 螺旋理论 自由度分析
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3-SPS/S球面并联髋关节机构奇异位形与静力卸载分析 被引量:4
19
作者 侯雨雷 李志森 +3 位作者 魏晓晨 周治宇 赵刘见 曾达幸 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期333-340,共8页
结合人体髋关节的实际结构与功能特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为仿生髋关节原型机构,求取机构运动学反解,建立奇异轨迹方程,绘制奇异轨迹曲线;运用矢量法建立机构各构件的静力平衡方程,通过数值算例绘制机构各... 结合人体髋关节的实际结构与功能特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为仿生髋关节原型机构,求取机构运动学反解,建立奇异轨迹方程,绘制奇异轨迹曲线;运用矢量法建立机构各构件的静力平衡方程,通过数值算例绘制机构各支链受力随位姿变化曲线,分析中心支链卸载效果;借助Adams软件对机构进行仿真,以获取在预定运动轨迹下机构各分支铰链所受力随时间的变化曲线,从而进一步验证机构静力卸载功能。研究内容对人形机器人髋关节样机的研制与控制具有一定的理论指导意义。 展开更多
关键词 髋关节 球面并联机构 奇异 静力卸载
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激光熔覆磁力搅拌机构设计与运动学分析
20
作者 雷鹏凯 李昌 +4 位作者 李雨含 韩兴 唐萍 孔帅 王聪 《辽宁科技大学学报》 CAS 2024年第4期303-309,共7页
为了有效抑制激光熔覆过程中的缺陷,提出一种电磁场多维辅助激光熔覆的工艺方案,并设计一种磁场辅助激光熔覆装置。基于球面并联机构运动学分析方法建立多维磁力搅拌系统正运动学模型,对机器人正向运动学求解。计算获取搅拌过程中末端... 为了有效抑制激光熔覆过程中的缺陷,提出一种电磁场多维辅助激光熔覆的工艺方案,并设计一种磁场辅助激光熔覆装置。基于球面并联机构运动学分析方法建立多维磁力搅拌系统正运动学模型,对机器人正向运动学求解。计算获取搅拌过程中末端执行器的工作空间,并通过改变磁极参数对模型进行多次求解,对工作空间进行优化。计算表明,所设计的磁力搅拌装置工作空间符合多维磁力搅拌要求,为装置实物设计提供理论依据。 展开更多
关键词 激光熔覆 磁力搅拌 球面并联机构 运动学正解 工作空间
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