为提高并联机器人的运行效率,降低其高速运动过程中产生的冲击和能耗,提出了一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标综合最优轨迹规划方法。首先,采用几何法建立机器人的逆运动学模型,得到机器人末端轨迹点与关节空间各角度、角速度、角加速度和急动度之间的转换公式。其次,利用5次B样条曲线插值方法建立轨迹数学模型,并添加运动学约束。最后,采用NSGA-Ⅱ算法对B样条轨迹进行时间-能耗-冲击的多目标优化,在获得Pareto最优解集的基础上构造权重函数获得最优时间序列。MATLAB仿真结果表明,采用算法优化后的轨迹不仅缩短了运行时间,也减小了机器人在高速运动过程中的振动和能耗,获得了更好的运动性能。

针对平移和旋转混合的四自由度冗余驱动并联机器人(RAPM)结构,提出了通过增加运动约束来实现冗余驱动的优化算法。通过推导RAPM的齐次雅可比矩阵,将末端执行器(EE)上三个点的广义速度映射到关节速度,在此基础上建立RAPM的结构优化算法,减少了末端执行器(EE)的自由度。最后采用基于雅可比矩阵的优化算法,对基于连杆-凸轮机构的RAMP连杆尺寸进行了优化,结果表明该优化算法对在对该类型的RAMP的尺寸优化设计是有效的,该设计方法具有一定的通用性。

以6-UPS并联机器人为研究对象,分析了机器人运动误差的主要来源,明确了优化方向。利用矩阵变换法建立起运动反解误差模型,为误差优化提供理论基础。针对安装所造成的运动误差问题,采用了最小二乘法拟合优化的办法对各安装点进行误差补偿。最后通过实例验证,此误差补偿方法合理可行。

针对6-DOF并联机器人液压伺服系统存在参数摄动和外界不确定性因素干扰的问题,提出了一种基于动态模糊神经网络的鲁棒复合控制策略。在充分分析了液压伺服系统的基础上,对控制系统进行了PD控制器、鲁棒内回路控制器、零相位误差跟踪控制器以及动态模糊神经网络控制器的设计。然后基于MATLAB软件进行了控制系统的运动性能仿真实验分析。结果表明,鲁棒复合控制器的应用在很大程度上了消除了负载交联耦合干扰对系统的影响,而且提高了系统的鲁棒稳定性。

为研究飞行型绳牵引并联机器人的气动力学特性。对并联机器人进行了三维模型的建立,采用流体力学分析软件Fluent对模型计算域进行网格划分和边界条件设置;研究了不同攻角和速度条件下升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数等气动特性。结果表明:在给定飞行速度时,升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数曲线都具有收敛性以及表面压力分布的均匀性。飞行速度较低时,阻力系数随攻角增大而缓慢增大;升力系数随攻角增大而正比增大。飞行速度较高时,阻力系数在攻角为0°~12°时随飞行速度正比增大,飞行速度增大到一定值后,不同速度下的阻力系数差别不大。升力系数在攻角为0°~8°时正比增大,在攻角为8°~16°时,随攻角增大而减小。俯仰力矩系数受到攻角和飞行速度的影响。

为解决三自由度并联机器人运动学正解求解困难和动力学建模复杂等问题,利用一种三闭环矢量法建立并联机器人运动学模型,并且采用三球体交叉点法,对并联机器人的运动学正解问题进行分析;运用虚功原理对并联机器人进行动力学建模,使得求解和建模过程变得简单、详细和直观。在MATLAB中建立模型,并在V-REP软件中进行仿真验证,搭建物理环境,对整机系统进行试验研究,验证了运动学和动力学模型的正确性和实时性。

本文提出了一种含可预紧虎克铰铰链的新型3-R2H2S并联机器人。在其结构简化和一阶影响系数矩阵分析的基础上,将二阶影响系数矩阵引入全域性能指标中。通过设置不同的结构参数,对3-R2H2S并联机构进行速度和惯性力指标分析,讨论了在可达工作空间内机构尺寸变化对机构性能的影响,并绘制相关指标的等高线性能图谱,得到了机构性能的最优组合。该方法为该类型机器人结构优化设计和机构性能分析提供了理论依据。

针对电动并联机构驱动能力不足的问题,提出用3条冗余支腿来平衡负载的结构。同时,考虑到实际工况下,速度、驱动力和功率峰值过高给机构带来的负面影响,使用免疫遗传算法对该并联机构的结构参数进行多目标优化。仿真结果表明与典型的六自由度并联机构相比,优化后电动支腿的速度峰值下降13.83%,驱动力峰值下降24.50%,功率峰值下降45.68%。该冗余结构及优化方案,能够有效提高电动并联机构的驱动能力,适用于重载运动模拟试验台。

为提高并联3D打印机的打印成型精度,针对影响其打印成型精度的主要工艺参数进行试验分析,对打印头温度、打印速度、分层厚度和工作平台温度这四项工艺参数设计4因素3水平的9组正交试验,通过因素极差图和方差分析,研究各个因素水平对打印件x、y、z方向尺寸精度、圆孔直径和表面粗糙度的影响程度,并得到对打印成型精度影响较小的最佳工艺水平组合。结果表明,打印头温度、分层厚度对打印件尺寸精度影响较为显著,打印速度对表面粗糙度影响较为显著。

键图是一种能够统一处理多能量范畴工程系统的有效方法，该文针对液压驱动并联机器人提出了一种新颖的全系统键图仿真模型。基于牛顿-欧拉法建立运动平台的键图模型，根据伺服阀和液压缸的流量方程及力平衡方程建立阀控缸作动器的键图模型，按照因果关系规则将二者集成为全系统的键图模型。实例仿真表明该模型较真实地反映了系统的动态特性，可用于液压并联机器人的动力学分析和控制系统设计。