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冗余驱动消除并联机构位形奇异原理 被引量:29
1
作者 张彦斐 宫金良 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期445-448,共4页
一般并联机构的雅可比矩阵都是方阵,而冗余驱动并联机构由于输入构件数大于输出构件自由度数,其雅可比矩阵具有非方阵的特殊性。传统的观点认为冗余驱动能够消除奇异,但是没有给出严格的数学意义上的证明和构造冗余驱动的具体方法。从... 一般并联机构的雅可比矩阵都是方阵,而冗余驱动并联机构由于输入构件数大于输出构件自由度数,其雅可比矩阵具有非方阵的特殊性。传统的观点认为冗余驱动能够消除奇异,但是没有给出严格的数学意义上的证明和构造冗余驱动的具体方法。从可操作度的角度研究了冗余驱动并联机构的奇异性,最终给出了判别方法。用数学方法证明了冗余驱动可以消除奇异位形,并通过实例给出了具体的构造方法。 展开更多
关键词 并联机构 冗余驱动 奇异性 可操作度
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三自由度驱动冗余并联机构动力学建模与试验 被引量:29
2
作者 牛雪梅 高国琴 +1 位作者 刘辛军 鲍智达 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第16期31-41,共11页
对于农业机器人而言,其动力学模型是进行动力学特性分析的基础,是实现动力学优化设计及高精度操作的前提。该文针对一种新型驱动冗余并联机构进行了动力学建模,该机构的动平台通过2个PRRR支链和1个PPRR支链与静平台相连,拥有2个转动自... 对于农业机器人而言,其动力学模型是进行动力学特性分析的基础,是实现动力学优化设计及高精度操作的前提。该文针对一种新型驱动冗余并联机构进行了动力学建模,该机构的动平台通过2个PRRR支链和1个PPRR支链与静平台相连,拥有2个转动自由度和1个平动自由度。在分析并联机构组成的基础上,充分考虑各构件惯性力的影响,建立基于Lagrange方程的工作空间完整动力学模型,并运用最小2范数法实现驱动力优化;通过分析给定路径下并联机构各主要组成构件对驱动力的影响,提出针对上述完整动力学模型的简化方案。结合并联机构应用特点,进行了仿真及试验。结果表明,非冗余驱动情况下第1,2轴向驱动力的最大值为15N,施加冗余驱动后,最大值降为10N,各驱动力峰值降低约33%;机构位姿角β达到57.6460o时,各驱动力均发生急剧变化,经验证可知该点为奇异点,在实际应用中应避开该点。机构末端轨迹跟踪结果显示,在Y,Z和β方向的最大跟踪误差分别为0.8mm,0.6mm和0.068o,因此,基于本文所建立的简化动力学模型的机器人控制系统具有良好的跟踪特性。该研究可为冗余并联机构的动力学控制方法设计提供重要参考。 展开更多
关键词 机器人 机构 动力学 并联 冗余驱动 简化策略
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新型驱动冗余并联机构动力学建模及简化分析 被引量:22
3
作者 牛雪梅 高国琴 +1 位作者 刘辛军 鲍智达 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第19期41-49,共9页
动力学模型是进行动力学特性分析的基础,同时也是实现机构高精度时实控制的前提。以一种新型驱动冗余并联机构为研究对象,采用Lagrange方程法建立了基于工作空间的动力学模型,并借助最小2范数法实现机构工作空间的非约束等效广义力到轴... 动力学模型是进行动力学特性分析的基础,同时也是实现机构高精度时实控制的前提。以一种新型驱动冗余并联机构为研究对象,采用Lagrange方程法建立了基于工作空间的动力学模型,并借助最小2范数法实现机构工作空间的非约束等效广义力到轴向驱动力的优化。由于机构动力学方程存在非线性和强耦合特性,计算量大,难以满足实时控制要求,为此,通过对机构各主要构件所引入的驱动力的分析,提出基于RBF神经网络误差补偿的动力学模型简化方案。仿真结果验证了所建模型的正确性和模型简化方法的有效性。 展开更多
关键词 并联机构 冗余驱动 动力学建模 LAGRANGE方程 简化策略
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冗余并联机床驱动力优化解析 被引量:14
4
作者 邵华 关立文 +1 位作者 王立平 吴军 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1325-1329,共5页
驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理... 驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。 展开更多
关键词 驱动冗余 并联机构 驱动力优化 动力学分析
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三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析 被引量:16
5
作者 周结华 彭侠夫 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期751-756,共6页
基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素... 基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。 展开更多
关键词 并联机构 冗余驱动 奇异性分析 工作空间分析
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冗余驱动并联机械手的混合位置 /力自适应控制(英文) 被引量:15
6
作者 沈辉 吴学忠 +1 位作者 刘冠峰 李泽湘 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期567-572,共6页
针对冗余驱动并联机构研究一种自适应的混合位置 /力控制算法 .基于并联机构中约束子流形的几何性质 ,将冗余驱动并联机构的逆动力学自然投影到位形空间和约束力空间 .基于投影方程 ,提出一种统一的具有渐进稳定性的自适应混合位置 /力... 针对冗余驱动并联机构研究一种自适应的混合位置 /力控制算法 .基于并联机构中约束子流形的几何性质 ,将冗余驱动并联机构的逆动力学自然投影到位形空间和约束力空间 .基于投影方程 ,提出一种统一的具有渐进稳定性的自适应混合位置 /力控制算法 .采用最小二范数准则求解冗余解问题 ,实现了实际驱动关节力矩的优化 .仿真结果验证了控制方法的有效性 . 展开更多
关键词 冗余驱动 并联机器人 自适应控制 混合控制
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液压驱动冗余振动台自由度控制及内力协调 被引量:14
7
作者 何景峰 李保平 +2 位作者 佟志忠 杨宏斌 韩俊伟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期74-78,共5页
振动台是一种对高层建筑、大型桥梁和基础设施等大型结构进行抗震性能试验的重要设备。为了提高振动台有效载荷,以便进行大尺寸或全尺寸结构试验,振动台通常采用液压驱动冗余并联机构。首先根据液压驱动冗余振动台机液作用机理,建立了... 振动台是一种对高层建筑、大型桥梁和基础设施等大型结构进行抗震性能试验的重要设备。为了提高振动台有效载荷,以便进行大尺寸或全尺寸结构试验,振动台通常采用液压驱动冗余并联机构。首先根据液压驱动冗余振动台机液作用机理,建立了冗余振动台的整体机液动力学模型,并提出一种适用于液压驱动冗余振动台的自由度控制结构。之后,针对冗余驱动内力耦合问题,采用基于雅克比矩阵伪逆的内力协调控制方法,协调控制各激振器间的出力,减少各个激振器间的内力耦合。最后,通过仿真分析,验证了所提出的自由度控制和内力协调控制的有效性。 展开更多
关键词 液压振动台 冗余驱动 自由度控制 内力协调
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风洞试验绳牵引冗余并联机器人的刚度增强与运动控制 被引量:14
8
作者 刘欣 仇原鹰 盛英 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1156-1164,共9页
以一种应用于低速风洞试验的6自由度绳牵引冗余并联机器人为研究对象,解决飞行器模型在风荷作用下动态定位误差大、力学测量精度不高的问题。运用微分变换推导了该机器人的刚度解析表达式;分别建立了末端执行器和驱动系统的动力学模型;... 以一种应用于低速风洞试验的6自由度绳牵引冗余并联机器人为研究对象,解决飞行器模型在风荷作用下动态定位误差大、力学测量精度不高的问题。运用微分变换推导了该机器人的刚度解析表达式;分别建立了末端执行器和驱动系统的动力学模型;针对系统冗余驱动、强耦合和非线性的特点,设计了基于刚度增强准则的关节空间比例微分(PD)修正前馈控制器,实现了以提高飞行器升力方向、顺风向和俯仰转动方向刚度为目标的绳系张力优化分配。数值仿真算例表明,与基于张力极小准则的控制器相比,前者有效地提高了飞行器的动态定位精度。 展开更多
关键词 绳牵引并联机器人 冗余驱动 刚度 张力优化分配 运动控制
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两自由度冗余驱动并联机器人的研究 被引量:8
9
作者 杨钢 傅晓云 李宝仁 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期416-419,423,共5页
提出了一种冗余驱动的具有两个转动自由度的新型空间并联机器人,以提高系统的稳定性,满足某水下运动模拟装置的要求。在对系统进行动力学分析并考虑消除内力的基础上,针对液压驱动并联机器人平台参数不确定及外界干扰的特点,设计了两层... 提出了一种冗余驱动的具有两个转动自由度的新型空间并联机器人,以提高系统的稳定性,满足某水下运动模拟装置的要求。在对系统进行动力学分析并考虑消除内力的基础上,针对液压驱动并联机器人平台参数不确定及外界干扰的特点,设计了两层滑模的变结构控制器,采用Lyapunov方法进行控制律的选取。仿真试验表明了变结构控制算法对于系统控制的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 并联机器人 冗余驱动 变结构控制 仿真
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一种3T1R并联机构设计及运动学性能分析 被引量:13
10
作者 朱伟 顾开荣 +1 位作者 王传伟 刘晓飞 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期14-21,共8页
设计了一种能实现三维移动和一维转动的4自由度并联机构。分析了机构的拓扑结构及自由度特征。建立了机构位置正反解数学模型,并采用二维搜索法进行数值验证。分析了机构的工作空间、雅可比矩阵以及机构的奇异位形特征。设计了SPS和R... 设计了一种能实现三维移动和一维转动的4自由度并联机构。分析了机构的拓扑结构及自由度特征。建立了机构位置正反解数学模型,并采用二维搜索法进行数值验证。分析了机构的工作空间、雅可比矩阵以及机构的奇异位形特征。设计了SPS和RR两种冗余驱动支链,结果表明RR冗余支链可在保持机构工作空间不变的前提下,有效消除机构的内部正解奇异。 展开更多
关键词 并联机构 工作空间 奇异位置 冗余驱动
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冗余驱动的并联机器人性能分析 被引量:8
11
作者 蔡胜利 白师贤 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 1996年第2期235-238,共4页
提出了带冗余驱动器的三腿并联机器人的两种结构,介绍了它们的性能特点,基于动力学方程分析了它们对于不同的优化目标和不同的约束条件的输入力最优化问题.结果表明,冗余驱动可显著提高机器人的力传递能力。
关键词 冗余驱动 并联机器人 最优化 机器人
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一种自均力冗余驱动接口模块 被引量:10
12
作者 李为民 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期157-159,共3页
提出一种自均力冗余驱动接口模块 ,解决重载驱动中单驱动源所需功率过大、机械传动系统寿命过低的问题。该冗余驱动接口模块刚度好 ,且其中各驱动单元间的力均衡误差小 ,可避免使用成本高、算法复杂的力反馈控制技术。此外 ,驱动接口模... 提出一种自均力冗余驱动接口模块 ,解决重载驱动中单驱动源所需功率过大、机械传动系统寿命过低的问题。该冗余驱动接口模块刚度好 ,且其中各驱动单元间的力均衡误差小 ,可避免使用成本高、算法复杂的力反馈控制技术。此外 ,驱动接口模块中均力杆受力小 ,因而均力机构轻巧。 展开更多
关键词 冗余驱动 接口模块 自均力 力反馈控制
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2自由度驱动冗余摇摆台的设计 被引量:12
13
作者 罗中宝 杨志东 +2 位作者 丛大成 张辉 郭佳 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期574-580,共7页
为使摇摆台具备工作空间大、承载能力强、驱动间内力耦合小的特点,提出了一种新型驱动冗余的2自由度摇摆台,并对该摇摆台的总体设计方法进行了探讨.采用ZYX欧拉角描述平台的位姿,推导了摇摆台运动学、动力学参数的矩阵表示形式.在动力... 为使摇摆台具备工作空间大、承载能力强、驱动间内力耦合小的特点,提出了一种新型驱动冗余的2自由度摇摆台,并对该摇摆台的总体设计方法进行了探讨.采用ZYX欧拉角描述平台的位姿,推导了摇摆台运动学、动力学参数的矩阵表示形式.在动力学分析中,通过减少驱动力数量,求取了各自由度的协同出力.然后在每个自由度上将单对称阀控制两个非对称缸简化为单对称阀控制单对称缸,并进一步提出了偏心负载的等效方法,分析了偏心负载刚度对系统控制性能的影响.最后,结合运动学、多体动力学模型,完成了摇摆台动力机构的设计及负载匹配校验. 展开更多
关键词 冗余驱动 摇摆台 动力学分析 负载匹配
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冗余驱动的平面并联操作手的输入力优化 被引量:4
14
作者 蔡胜利 白师贤 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 1997年第2期37-41,共5页
介绍了带冗余驱动器的平面并联操作手的两种结构,基于动力学方程分析了它们对不同的优化目标的输入力最优化问题.结果表明,加入冗余驱动。
关键词 冗余驱动 平面并联操作手 最优化 输入力 操作手
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冗余驱动仿下颌运动机器人工作空间分析及试验验证 被引量:10
15
作者 温海营 丛明 +2 位作者 王贵飞 杜婧 徐卫良 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期286-297,共12页
根据人类下颌系统冗余驱动的生理特性,即下颌受颞下颌关节约束且受多于本身自由度数目的下颌肌肉驱动的特点,介绍了一种采用点接触高副模拟人体颞下颌关节的6PUS-2HKP(higher kinematic pair)冗余驱动并联机构来完成下颌运动,该机构可... 根据人类下颌系统冗余驱动的生理特性,即下颌受颞下颌关节约束且受多于本身自由度数目的下颌肌肉驱动的特点,介绍了一种采用点接触高副模拟人体颞下颌关节的6PUS-2HKP(higher kinematic pair)冗余驱动并联机构来完成下颌运动,该机构可应用于牙科义齿性能测试.首先,建立机器人的坐标系,针对机构存在点接触高副的特点,分析和推导了冗余并联机构的独立位置参数和运动学方程.然后,采用下颌运动轨迹描记仪对实验对象下颌切点边缘性运动进行了采集.通过分析各驱动机构及点接触高副的运动范围,采用数值分析的方法获得了机器人的工作空间.最后,采用实验的方法,测量了仿下颌运动机器人做最大运动时下颌切点的运动轨迹.通过对比实验对象切点边缘性运动和工作空间仿真结果可知,该仿下颌运动机器人能够满足人类下颌运动空间要求. 展开更多
关键词 仿下颌运动机器人 冗余驱动 点接触高副 并联机构 工作空间
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基于冗余驱动的大姿态角并联机构优化设计 被引量:9
16
作者 白志富 韩先国 陈五一 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期856-859,共4页
分析了并联机构的姿态空间,指出了影响姿态空间的因素为物理约束和奇异约束2类,并且分别从这2个方面给出了扩大姿态空间相应的解决方案.以3PRS(PrismaticRevolve Spherical)并联机构为例,提出了采用新的铰链形式和增加冗余UPS(Universal... 分析了并联机构的姿态空间,指出了影响姿态空间的因素为物理约束和奇异约束2类,并且分别从这2个方面给出了扩大姿态空间相应的解决方案.以3PRS(PrismaticRevolve Spherical)并联机构为例,提出了采用新的铰链形式和增加冗余UPS(Universal Prismat-ic Spherical)支链来增大姿态空间的方法,详细描述了动平台能够实现在各个方向90°偏转的机构设计过程,并基于遗传算法以机构整个姿态空间中的灵活度为目标对机构进行了优化.优化的结果通过仿真证实了可靠性,这对于进一步扩大并联机构的应用范围提供参考. 展开更多
关键词 并联机构 姿态空间 冗余驱动 优化设计
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Dynamics and Control of a Novel 3-DOF Parallel Manipulator with Actuation Redundancy 被引量:8
17
作者 Xue-Mei Niu Guo-Qin Gao +1 位作者 Xin-Jun Liu Zhi-Da Bao 《International Journal of Automation and computing》 EI CSCD 2013年第6期552-562,共11页
This paper deals with the dynamics and control of a novel 3-degrees-of-freedom (DOF) parallel manipulator with actuation redundancy. According to the kinematics of the redundant manipulator, the inverse dynamic equa... This paper deals with the dynamics and control of a novel 3-degrees-of-freedom (DOF) parallel manipulator with actuation redundancy. According to the kinematics of the redundant manipulator, the inverse dynamic equation is formulated in the task space by using the Lagrangian formalism, and the driving force is optimized by utilizing the minimal 2-norm method. Based on the dynamic model, a synchronized sliding mode control scheme based on contour error is proposed to implement accurate motion tracking control. Additionally, an adaptive method is introduced to approximate the lumped uncertainty of the system and provide a chattering-free control. The simulation results indicate the effectiveness of the proposed approaches and demonstrate the satisfactory tracking performance compared to the conventional controller in the presence of the parameter uncertainties and un-modelled dynamics for the motion control of manipulators. 展开更多
关键词 Parallel manipulator redundant actuation dynamics modelling sliding mode control weighed integral gain reachinglaw.
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两类平面并联机构凯恩动力学建模与比较研究 被引量:9
18
作者 宋轶民 金雪莹 +1 位作者 梁栋 孙涛 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期173-182,共10页
研究了冗余驱动平面4-RRR并联机构与非冗余驱动平面3-RRR并联机构的刚体动力学建模及其性能比较.首先,从运动学角度出发,推导了两种机构的运动学逆解模型.其次,基于Kane方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法.该方法简捷、高效,可有... 研究了冗余驱动平面4-RRR并联机构与非冗余驱动平面3-RRR并联机构的刚体动力学建模及其性能比较.首先,从运动学角度出发,推导了两种机构的运动学逆解模型.其次,基于Kane方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法.该方法简捷、高效,可有效简化动力学建模过程,并可获得结构紧凑的系统动力学模型,对于控制策略的构建极为便利.最后,在MATLAB编程环境下,分别从运动学与动力学性能指标、逆刚体动力学仿真等方面对两种机构进行了比较分析,验证了冗余驱动在规避奇异、提升系统动态性能等方面的有效性,为后续基于模型的控制策略设计奠定了理论基础. 展开更多
关键词 并联机构 KANE方程 冗余驱动 动力学
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高速绳牵引并联摄像机器人冗余驱动力优化求解 被引量:9
19
作者 苏宇 仇原鹰 +1 位作者 王龙 杜敬利 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期90-96,共7页
将完全约束绳牵引并联机构的冗余驱动求解问题转化为凸可行域上的多项式极值问题,提出了衡量驱动优化求解连续性和实时性的指标.通过对一个典型的摄像机器人驱动力分布优化问题的求解,对比分析了几种驱动力优化指标的实时性与连续性,并... 将完全约束绳牵引并联机构的冗余驱动求解问题转化为凸可行域上的多项式极值问题,提出了衡量驱动优化求解连续性和实时性的指标.通过对一个典型的摄像机器人驱动力分布优化问题的求解,对比分析了几种驱动力优化指标的实时性与连续性,并给出了指标选取的具体建议. 展开更多
关键词 绳牵引并联机构 摄像机器人 冗余驱动 驱动力优化 实时性 连续性
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基于Lagrange方程的3RPS/UPS冗余驱动并联机构柔顺控制 被引量:9
20
作者 崔学良 陈五一 +3 位作者 韩先国 祝锡晶 王建青 成全 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2016年第10期2434-2441,共8页
并联机构增加冗余驱动支链可提高其力学和运动学性能,但增加了其控制复杂程度。为实现冗余驱动并联机构的有效控制,推导了3RPS/UPS冗余驱动并联机构各支链的运动协调性方程。基于虚功原理,推导了3RPS并联机构Lagrange动力学方程,由此建... 并联机构增加冗余驱动支链可提高其力学和运动学性能,但增加了其控制复杂程度。为实现冗余驱动并联机构的有效控制,推导了3RPS/UPS冗余驱动并联机构各支链的运动协调性方程。基于虚功原理,推导了3RPS并联机构Lagrange动力学方程,由此建立了机构的鲁棒性轨迹跟踪控制模型。确立了冗余驱动支链的动力学方程,由此建立其目标阻抗控制模型。采用模糊PID控制策略对冗余驱动支链目标阻抗模型进行实时内力跟踪,保证支链的内力控制在合理范围之内,实现了对冗余驱动并联机构的柔顺性控制。通过仿真分析验证了控制策略的有效性。 展开更多
关键词 冗余驱动 运动协调方程 鲁棒性轨迹跟踪 柔顺性控制
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