机器人机构学 参考答案 【ch06】并联机器人机构拓扑结构特征与综合

第六章并联机器人机构拓扑结构特征与综合一、说明单回路机器人机构与并联机器人机构的区别与联系。并联机器人机构的分析方法能否应用于单回路机器人机构？单回路机器人机构和并联机器人机构是两种常见的机器人机构类型，它们在结构和运动特性上存在一些区别和联系。区别：1.结构特点：单回路机器人机构由一条连续的链构成，形成一个封闭的回路。而并联机器人机构由多个平行连接的子链组成，其中每个子链都有自己的执行器。2.运动方式：单回路机器人机构的末端执行器在运动时，其路径一般为闭合曲线。而并联机器人机构中的各个子链可以独立运动，末端执行器的路径通常为开放曲线。3.工作范围：单回路机器人机构的工作范围一般受限于链结构本身的形态和长度。而并联机器人机构由于具有多个子链的特点，可以扩展工作范围和灵活性。联系：1.机械分析方法：并联机器人机构的分析方法可以应用于单回路机器人机构。例如，运动学分析、动力学分析和优化设计等方法都可以在两种机构中使用。这是因为它们都是基于连杆和关节之间的运动约束进行分析和计算的。2.控制策略：一些控制策略可以在单回路机器人机构和并联机器人机构中共享。例如，反馈控制、轨迹规划和力控制等方法都可以用于两种机构来实现精确的运动和力/力矩控制。虽然单回路机器人机构和并联机器人机构有一些区别，但它们也有一些共同之处。通过对它们的结构、运动和控制进行分析，我们可以更好地理解它们的特点和应用，并且可以将一些分析方法和控制策略从一个机构类型应用到另一个机构类型中。本章采用两种不同机构结构组成的方式(见6.1节和6.4节)研究并联机器人机构有何目的？在本章中，采用两种不同机构结构组成的方式进行并联机器人机构的研究有以下目的：1.探索不同的机构结构：通过采用两种不同的机构结构，即6.1节和6.4节所介绍的方式，可以对比和研究它们在性能和特点上的差异。这有助于深入了解不同机构结构对机器人的运动学、动力学和控制等方面的影响。2.分析并验证机构设计的可行性：通过研究不同的机构结构，可以评估它们在特定任务和应用中的可行性和适用性。这对于设计和选择最佳的并联机器人机构来说非常重要，以满足实际需求并提高机器人系统的性能。3.提供设计指导和启示：通过在两种不同机构结构上的研究，可以得到关于并联机器人机构设计的指导和启示。这有助于工程师和研究人员在设计新型机构或优化现有机构时更好地理解设计原则和方法。总之，采用两种不同机构结构组成的方式进行并联机器人机构的研究旨在深入了解机构结构的特点和性能，评估其可行性，并为设计提供指导和启示。这有助于推动并联机器人技术的发展和应用。三、为什么本章没有按照定义直接确定虚约束数量，而是先确定活动度，再根据活动度公式计算虚约束？本章中没有直接按照定义来确定虚约束的数量，而是先确定活动度，再根据活动度公式计算虚约束的原因有以下几点：1.简化分析：活动度是机构运动自由度的度量指标，通过确定活动度可以简化对机构的分析和建模。直接确定虚约束的数量可能存在复杂的推导和计算过程，而活动度公式提供了一种更直接、便捷的方法来计算机构的自由度。2.统一性：活动度是一种通用的指标，可以适用于各种类型的机构。不同类型的机构可能具有不同的虚约束数量和约束特性，但它们的活动度可以统一表示并进行比较。因此，通过计算活动度可以实现对不同机构的统一分析和比较。3.可控性：确定活动度后，我们可以通过控制虚约束的数量来实现对机构的控制和调节。增加或减少虚约束的数量可以改变机构的运动性能和特性，从而满足特定的任务需求或优化设计。总之，通过先确定活动度再计算虚约束的数量，可以简化分析过程、统一各种机构的比较和分析，并且具有更好的可控性。这种方法在研究和设计机构时提供了一种便捷而有效的工具。题6-4图所示的三支路并联机器人机构，其结构组成为SOC1{-P1R2R3-}，SOC2{-P4-S5-S6-}，SOC3{-P7-S8-S9-}，且{FB}:P1//P4//P7，试分析该机构的活动度，判断P1、P4和P7能否同时为主动副，并根据并联机器人机构运动输出特征方程，确定其运动输出特征矩阵MPa。题6-4图题6-5图略。五、题6-5图所示的多回路机构(P2、R7、R9和P13为主动副)，R1(P2)//R3，R4//R5，试计算该机构的耦合度，划分基本运动链，画出简图，并分析该机构是否控制解耦。略。六、机构活动度的三种类型与控制解耦有何联系？完全活动度是否意味着强耦合？其中机构活动度的三种类型（完全活动度、欠驱动和过驱动）与控制解耦有紧密联系。以下是它们之间的关系：完全活动度（FullyActuated）：当机构的活动度等于其自由度时，称为完全活动度。这表示机构的每个自由度都可以通过单独的激励输入来实现，因此完全活动的机构具有良好的控制解耦性。在这种情况下，机构的运动和力/力矩在各个自由度上可以独立地控制，从而降低了运动控制和力/力矩分配的复杂性。欠驱动（Underactuated）：当机构的活动度小于其自由度时，称为欠驱动。这意味着机构中存在一些自由度无法通过单独的激励输入来实现。在这种情况下，机构的控制是耦合的，即通过某些关联的自由度来间接控制其他自由度。欠驱动机构的控制通常需要考虑运动和力/力矩之间的相互影响，以实现所需的任务。过驱动（Overactuated）：当机构的活动度大于其自由度时，称为过驱动。这表示机构中存在比自由度多的激励输入。过驱动机构可以提供冗余的控制能力，使得在实现所需任务时，可以选择不同的控制策略来优化性能。但是，也需要考虑如何合理分配激励输入以避免不必要的冗余和复杂性。完全活动度并不意味着强耦合。尽管完全活动的机构具有较好的