检索结果-内蒙古大学图书馆

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 12-23页

作者：李晋馥于泽连宾宾天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一... 详细信息

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

关键词：多模式移动机器人轮腿式移动机器人运动学建模实验研究

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基于数字孪生技术的并联机器人筒段类部组件装配系统

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机械工程学报 2025年第1期61卷 44-59页

作者：宋轶民王睿哲连宾宾李祺孙涛天津大学机械工程学院天津300350 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350 天津航天机电设备研究所天津市宇航智能装备技术企业重点实验室天津300301

面向筒段类部组件的对接装配需求,提出一种转运小车大范围移动、六自由度并联机器人小范围调姿对接的机器人化装配系统,开展数字孪生装配研究。首先,以旋量为数学工具,进行并联机器人的全关节逆解与运动学标定,获取机器人任意位姿下各... 详细信息

面向筒段类部组件的对接装配需求,提出一种转运小车大范围移动、六自由度并联机器人小范围调姿对接的机器人化装配系统,开展数字孪生装配研究。首先,以旋量为数学工具,进行并联机器人的全关节逆解与运动学标定,获取机器人任意位姿下各个构件的真实相对位姿关系,利用三维模型重建技术构建出与物理空间镜像映射的数字模型。随后,借助双目视觉动态摄影测量仪获取测量点坐标,通过点、线、面等几何特征拟合,建立转运小车、机器人以及筒段的坐标系,完成物理空间的初始特征测量与装配过程的实时反馈,在此基础上,设计数字空间与测量仪、转运小车、机器人控制器的通信,实现“从实到虚”和“以虚控实”。最后,利用数字孪生装配模型开展快速平稳无碰撞的装配轨迹规划,提出停泊点调姿-平移对接的装配工艺流程,并在停泊点处进行装配预测,据此提出对接过程中的实时调整算法。开展筒段特征测量实验,筒段平面、圆柱面、圆心与定位孔的测量精度均较高,满足装配需求;进行筒段位姿实时调整实验,结果表明所提出的算法提高了筒段对接的一次成功率;通过转运、调姿、对接的装配全流程实验,验证了所提出的数字孪生装配技术的有效性。

关键词：并联机器人数字孪生对接装配有限瞬时旋量装配规划

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一种五自由度并联机构的多目标优化设计方法研究

一种五自由度并联机构的多目标优化设计方法研究

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作者：连宾宾天津大学

学位级别：博士

面向航空、航天、汽车等领域大型整体结构件高效高精度加工对并/混联机器人装备的重要需求,本文系统研究一种五自由度并联机构（T5并联机构）的运动学与刚度性能分析及优化设计问题。全文取得如下创造性成果:（1）提出并联机构的多目标... 详细信息

面向航空、航天、汽车等领域大型整体结构件高效高精度加工对并/混联机器人装备的重要需求,本文系统研究一种五自由度并联机构（T5并联机构）的运动学与刚度性能分析及优化设计问题。全文取得如下创造性成果:（1）提出并联机构的多目标优化设计方法及其一般流程。首先,建立参数扰动模型考察参数扰动对机构性能的影响。其次,利用响应面法建立目标函数的解析模型,借助Pareto前沿法进行多目标优化设计,通过提出目标匹配策略实现设计参数优选。最后,建立多目标优化设计的一般流程,包括响应面模型建立、约束边界设置、多目标优化设计以及目标匹配策略制定。（2）进行T5并联机构的运动学分析与运动学优化设计。首先,开展T5并联机构位置逆解、工作空间及运动/力映射模型的分析。其次,依据并联机构运动与力的传递特性提出虚功率传递率作为运动学性能评价指标,将粒子群智能算法作为优化工具,进行计及尺度参数扰动的多目标优化设计,由最小距离选择法确定最佳尺度参数区间。（3）开展考虑重力影响的T5并联机构半解析静刚度建模与实验研究。首先建立考虑重力作用的力/变形映射模型。其次,进行IR1副、IR2副的柔度矩阵分析,由虚功原理等定律依次开展冗余子结构I与过约束子结构II的柔度建模,通过子结构柔度矩阵的叠加获得T5并联机构的整机刚度模型。最后,通过静刚度实验验证T5并联机构半解析刚度模型的有效性。（4）定义刚度性能评价指标并提出参数灵敏度分析方法。首先,基于瞬时能量推导单向及全域刚度性能评价指标,进行刚度奇异分析。其次,借助响应面法建立性能评价指标的解析模型,构建性能鲁棒性函数,由该函数关于参数均值与方差的一阶微分定义参数灵敏度指标。最后,以T5并联机构为对象确定刚度性能评价指标并进行参数灵敏度分析,筛选刚度性能优化设计的主要参数。（5）进行基于截面参数扰动模型的刚度性能多目标优化设计。以T5并联机构执行部件质量、整体刚度性能评价指标的全域均值与方差、重力方向刚度性能评价指标为优化目标,基于Pareto前沿法开展多目标优化设计,依据最小距离选择法确定质量与刚度性能的最佳匹配关系,实现截面参数的优选。本文研究成果对突破并联机构性能分析与设计的基础理论,推进并/混联机器人装备的工程应用具有重要意义。

关键词：并联机构运动学静刚度性能评价指标参数灵敏度多目标优化设计

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基于有限和瞬时旋量理论的Exechon并联机器人运动学分析

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工程设计学报 2020年第3期27卷 357-363页

作者：刘卓连宾宾李祺天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300354 天津大学仁爱学院机械工程系天津301636 天津航天机电设备研究所天津300301

运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,... 详细信息

运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,存在平转耦合机构运动学评价指标的物理意义不明确等问题。为此,以一平动两转动(1T2R)的Exechon并联机器人为研究对象,利用有限和瞬时旋量(finite and instantaneous screw,FIS)理论对其拓扑、运动学建模进行研究。根据FIS理论中的微分映射关系,在统一的数学框架下建立Exechon并联机器人的拓扑模型和速度模型,得到其速度和力雅克比矩阵。在此基础上,以可解析分析机构运动奇异性的虚功率传递率作为运动学性能指标,来有效评价Exechon并联机器人的运动/力传递性能。给定一组Exechon并联机器人模型的尺寸参数,借助MATLAB分析该机器人的局部虚功率传递率分布情况。研究结果为并联机构的性能分析与建模提供了参考,为Exechon并联机器人的优化设计奠定了理论基础。

关键词：并联机器人运动学有限旋量瞬时旋量虚功率传递率

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一种1T2R卧式布局并联机构的重力补偿策略

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第7期48卷 596-604页

作者：宋轶民王晓莉连宾宾孙涛天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

以3-RPS卧式布局并联机构为研究对象,通过添加弹簧元件并优化设计弹簧安装位置及其相关参数,完成了对该类机构的重力补偿策略研究.首先,选用定刚度螺旋拉簧为重力补偿元件,以机构总势能在工作空间中的波动量最小为目标,施以约束条件,完... 详细信息

以3-RPS卧式布局并联机构为研究对象,通过添加弹簧元件并优化设计弹簧安装位置及其相关参数,完成了对该类机构的重力补偿策略研究.首先,选用定刚度螺旋拉簧为重力补偿元件,以机构总势能在工作空间中的波动量最小为目标,施以约束条件,完成弹簧安装位置及相关参数的优化设计.其次,利用线性叠加原理构造了机构的静柔度半解析模型,并通过重力补偿前后的效果对比,校验了重力补偿策略的有效性.研究结果表明,添加弹簧元件后,大幅度降低了重力造成的机构末端变形,补偿效果明显.该重力补偿策略简捷有效,可为类似并联机构的重力补偿提供参考与借鉴.

关键词：并联机构卧式布局重力补偿定刚度拉伸弹簧柔度模型

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面向骨折手术的三支链六自由度并联机构设计

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第3期55卷 273-282页

作者：王蕊霍欣明连宾宾宋轶民孙涛天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发... 详细信息

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理论基础.

关键词：三支链六自由度并联机构有限限量瞬时旋量构型综合运动学设计

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基于张拉整体结构的可变形移动机器人的设计与实验研究

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工程设计学报 2024年第4期31卷 438-445页

作者：张淏杨琪连宾宾孙涛天津大学机械工程学院天津300000 天津大学浙江国际创新设计与智造研究院浙江绍兴311800

移动机器人可以代替人进入火灾、地震现场等高危环境进行地形探索及伤员搜寻等工作,然而大多数机器人难以同时适应障碍、直角墙壁、墙面过渡等多种复杂地形,且其控制系统相对复杂,需要外部能源输入。为此,设计了一款具有多种功能、控制... 详细信息

移动机器人可以代替人进入火灾、地震现场等高危环境进行地形探索及伤员搜寻等工作,然而大多数机器人难以同时适应障碍、直角墙壁、墙面过渡等多种复杂地形,且其控制系统相对复杂,需要外部能源输入。为此,设计了一款具有多种功能、控制相对简单且无系留的可变形移动机器人。首先,将二杆四索张拉整体结构作为基本单元,设计了可实现弯曲变形的张拉整体结构躯干;其次,基于吸附力及结构参数的分析,设计了负压吸附装置,并将它与可变形躯干结合,形成了机器人整体结构;接着,对机器人进行运动学分析,获得了机器人位姿与电机转角的映射关系,并据此规划了机器人墙面过渡、从墙面穿越狭小空间及翻转上台阶的步态;最后,完成了机器人样机的研制,并针对不同地形开展了机器人运动实验,验证了机器人步态规划的合理性。研究结果为多功能移动机器人的设计与制造提供了一定的参考价值。

关键词：张拉整体结构负压吸附可变形机器人

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基于FIS理论的Myard环形组网机构运动学分析

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机械工程学报 2020年第19期56卷 132-142页

作者：郭瑞峰连宾宾宋轶民齐杨孙涛天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350 天津大学仁爱学院机械工程系天津301636 天津职业技术师范大学机械工程系天津300222

为揭示折展机构连续与瞬时运动的本质与代数关联,将有限瞬时旋量理论(FIS理论)应用于一类过约束折展机构的分析中,提出包括折展单元及其组网机构的运动学分析方法。首先介绍了FIS理论的基本原理、Myard机构和Myard环形组网机构的组成原... 详细信息

为揭示折展机构连续与瞬时运动的本质与代数关联,将有限瞬时旋量理论(FIS理论)应用于一类过约束折展机构的分析中,提出包括折展单元及其组网机构的运动学分析方法。首先介绍了FIS理论的基本原理、Myard机构和Myard环形组网机构的组成原理。其次对于Myard机构,通过选定合适的初始位形,以构建有限旋量闭环方程的方式解决了折展单元的关节运动参数映射,基于旋量三角积与螺旋运动的定义提出了基于有限旋量的轨迹求解方法,随后由有限与瞬时旋量的微分映射关系得到Myard机构的速度模型。在此基础上,结合参数化的等效广义副将3-Myard环形组网机构简化为单闭环机构,以求解机构的参数映射关系,随后借助与Myard机构相同的分析流程便得到组网机构的位移与速度模型。提出折展单元及其环形组网机构的关节参数映射、运动轨迹和速度模型的分析方法,丰富了折展机构的运动学分析理论,为解决折展单元及其组网机构的运动学分析问题提供了新选择。

关键词：有限瞬时旋量理论(FIS理论) 折展机构 Myard机构 Myard环形组网机构运动学运动轨迹

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一类轴孔装配混联柔性机构构型综合

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2020年第6期53卷 582-592页

作者：宋轶民郭振王攀峰孙涛连宾宾天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350 天津大学仁爱学院机械工程系天津301636

被动装配是实现轴孔高精度配合的重要方法之一,其基本原理为柔性装配机构针对外界装配力与装配反力做出自适应柔顺变形,补偿由于工业机器人定位误差导致的轴孔中心线位移偏差及倾角偏差.作为被动装配方法的核心使能部件,柔性装配机构的... 详细信息

被动装配是实现轴孔高精度配合的重要方法之一,其基本原理为柔性装配机构针对外界装配力与装配反力做出自适应柔顺变形,补偿由于工业机器人定位误差导致的轴孔中心线位移偏差及倾角偏差.作为被动装配方法的核心使能部件,柔性装配机构的性能直接决定装配成功与否,为此,开展了一类基于五自由度混联柔性机构轴孔装配的方案设计和柔性机构构型综合研究.该机构由分别具有2T1R(T表述移动运动,R为转动运动)和3R自由度运动的柔性并联模块串联组成,并采用片弹簧作为实现柔顺变形的基本柔性单元.在整体方案设计的基础上,以旋量作为数学工具,提出一种并联柔性机构构型综合的一般流程,讨论在片弹簧不同变形情况下的支链组成形式,拟定支链装配条件.结合实际工况,本文优选出3-RFS-3-RFS作为轴孔装配的柔性机构,利用有限元软件对得到的机构进行仿真以验证机构自由度及各向柔度,仿真结果表明该机构具备五自由度且各向柔性差异小于0.05%.搭建了轴孔装配实验台,装配实验结果表明对于直径为20 mm与10 mm的轴孔对,装配成功率分别可达90%与70%.

关键词：轴孔装配构型综合瞬时旋量变形控制

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一种三自由度冗余驱动并联模块的刚度分析

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第1期48卷 25-32页

作者：宋轶民翟学东孙涛董罡连宾宾天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

研究了一种三自由度并联模块的刚度建模方法.该模块采用冗余驱动技术,可满足搅拌摩擦焊作业高刚度、大工作空间/机座体积比要求.分析了该模块的结构组成与工作原理,并应用螺旋理论建立其刚度解析模型,所获广义雅可比矩阵与驱动/约束刚... 详细信息

研究了一种三自由度并联模块的刚度建模方法.该模块采用冗余驱动技术,可满足搅拌摩擦焊作业高刚度、大工作空间/机座体积比要求.分析了该模块的结构组成与工作原理,并应用螺旋理论建立其刚度解析模型,所获广义雅可比矩阵与驱动/约束刚度矩阵物理含义清晰.借助有限元分析验证刚度解析模型的有效性,进而实现全域刚度性能预估,为该模块的刚度优化设计及物理样机开发提供了理论依据.

关键词：并联机构冗余驱动刚度螺旋理论广义雅可比矩阵

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