少自由度并联机构的位移流形综合理论

提出了少自由度并联机构基于李群理论的位移流形综合理论. 给出了全部9类少自由度并联机构的机构位移流形, 分支位移流形和保证所有分支位移流形之交集为期望机构位移流形的几何条件. 利用位移子群乘法运算的封闭性, 可得到不同结构的分支运动链. 使用这些分支运动链, 满足相应几何条件即可构建出具有期望自由度的并联机构, 并且其优点是无需判别机构的瞬时性, 依据此原理可以进一步根据多方面的实际需要综合新的机型.     

少自由度并联机器人机构的型综合原理

通过分析少自由度并联机器人机构的结构约束螺旋特性和几何条件, 建立了少自由度并联机器人机构型综合理论, 并用此对少自由度并联机器人机构进行了综合, 得到多种有应用前景的机构.     

一种2自由度球面并联机构动力学建模与伺服电机参数预估

TriVariant-B是一种新型5自由度混联机械手，由一个2自由度球面并联机构和1条与之串接的两转动一移动串联运动链组成，具有工作空间／支链行程比大及可重构性强等优点．在建立其2自由度球面并联机构逆动力学模型的基础上，提出一种可根据对末端执行器速度及加速度要求，预估机构中伺服电机转子惯量、额定转速及峰值转矩的方法，并结合样机开发验证了该方法的有效性．     

机构自由度、原动件和执行构件关系的一般问题研究

在工程实践和理论研究中经常会遇到机构自由度与原动件数目不相等的情况,这是经典机构自由度理论所无法解释的.针对这一问题,从对偶或二元性概念出发,提出了机构运行规律的对偶描述.以键合图理论为工具,建立了一般理想机构端口描述的结型结构方程,给出了机构自由度的功能描述.在能量传递分析和信号因果分析的基础上,提出并定义了“运动传递自由度”的对偶概念“力传递自由度”.利用自由度公式的结构描述、功能描述和对偶描述,进一步论述和分析了运动传递自由度与力传递自由度两者之间的关系,从而给出了机构自由度与原动件、执行构件关系更一般的描述.最后分析了几个典型理想机构的自由度、原动件和执行构件之间的关系.     

一类少自由度并联构型装备运动学标定方法研究

以一种外副驱动含平行四边形支链的三平动自由度并联机床为对象, 研究少自由度并联构型装备运动学标定方法. 首先建立末端可控与非可控位姿误差与结构误差的映射关系, 并据此构造出具有分层递阶格式的参数辨识模型. 针对少自由度并联机构的特点, 提出一种通过修正系统输入实施误差软件补偿的方法, 并通过实验验证其有效性.     

一种两自由度球面并联机构的建模与分析

基于空间位姿变换和三面角余弦定理,对一种具有两转动自由度的球面并联机构进行运动学建模与分析,从而确定驱动器和末端执行器之间的角度、角速度和角加速度关系。采用虚功原理和一阶影响系数矩阵建立该机构的动力学模型,并通过数值仿真,求解了机构的逆动力学,进而得到了驱动力矩的变化规律。结果表明,运动轨迹规划不当会导致驱动转矩2过大,甚至超出了伺服电机的最大转矩,因此需要对机构的运动规划进行进一步优化,提高其稳定性和可靠性。该研究对提高该机构的运动稳定性和运动控制提供了理论基础。     

基于 SimMechanics的6 PTS并联机构仿真与分析

简要介绍了某种大工作空间快速运动并联机构,基于动平台和基座滑块之间的矢量关系推导出该机构的运动学逆解,并利用 SimMechanics仿真工具对该机构进行了仿真研究.通过对仿真结果的分析,该机构运动平稳、驱动力变化连续平滑,运动学及动力学性能良好,验证了机构的合理性;通过对该机构的优化设计,提高了该机构的运动学及力学性能,为进一步的结构综合尺寸优化奠定了基础     

基于约束螺旋理论的机构自由度分析的普遍方法

系统总结和陈述了基于约束螺旋理论的机构自由度分析的原理和方法，并进一步用典型的6个疑难机构的自由度为例介绍这一方法的应用．从这些例子可以看出，这个方法简单有效，相对别的方法更具有一般性．此外，这个方法对自由度瞬时性和连续性的判定也非常方便．相对而言，它成为当今有效分析自由度的一般方法，具有重要的科学价值和实用意义．     

并联机器人执行系统的能效分析

机械执行系统作为机器人等装备的关键组成部分,其能效分析与评价在装备能效研究中具有重要意义.当采用并联机构时,执行系统结构复杂,能效分析困难.针对这种情况,通过分析并联机器人执行系统的能量传递机理,建立了执行系统能效模型和支链功率方程,将能量从驱动单元到末端执行器的传递过程中的支链动能变化作为影响能效的重要因素.在此基础上,结合驱动单元能量耗散特点和末端执行器运动时支链动能变化的各向异性,提出了一种基于支链动能变化率的并联机器人执行系统的功率传递指标,该指标与机构位姿和执行系统几何、质量参数有关,反映了并联执行系统中支链构件对能量传递的影响,以及支链几何参数与执行系统能效之间的关系.分别以一种二自由度平面机器人和一种五自由度空间并联机器人为例,给出了功率传递指标的求解过程,分析了工作空间内机器人执行系统能效大小分布情况和高能效工作区域范围.所提出的功率传递指标可用于评价并联机器人执行系统的能效,并进行并联机器人高能效执行系统的设计.     

空间多闭环机构自由度计算的新概念和新理论

2005年法国学者Gogu分析了现有的35种不同形式的自由度公式,指出其中的快速计算的公式有一定的局限性、不通用.因此,寻找更通用、更简单快捷的自由度公式,仍是国际上机构学的热点,也是完善机构学结构理论的一个重要课题.Gogu在2008年提出了一种可以避开虚约束的新的算法,但其通用性仍依然有限.为了解决这一问题,本文提出杆组自身的阶、广义运动副的阶、虚拟运动副、虚拟环路和虚拟环路阶的新概念,给出了一种新的结构简单的通用公式.这种方法是把多环路的自由度计算转换成若干个独立的虚拟环路单独计算,使问题得到了简化,避免了计算虚约束,大大的降低了计算的难度.通过多种不同类型机构的计算分析,证明了新公式的简单性、通用性、有效性和实用性.它的应用,将为广大的工程技术人员掌握空间机构自由度的计算方法,提供极大的方便.     

一种三自由度并联机构几何误差建模、灵敏度分析及装配工艺设计

以一类含平行四边形支链的三平动自由度并联机构为对象, 利用空间矢量链分析方法, 构造出末端位置和姿态误差与几何误差之间的映射关系, 明确揭示出影响这种机构末端不可补偿误差的几何误差源, 并借助灵敏度分析提出抑制该类误差的装配工艺. 研究成果已应用于一台并联机床主模块的研制, 并对指导同类装备的设计与制造具有普遍的意义.     

薄壳大转动、小应变几何非线性分析共旋有限元法

基于一致对称化平衡共旋列式理论,将具有转角自由度的优化膜单元与离散Kirchhoff板弯单元组合构成的3结点18自由度三角形线性平壳单元推广到薄壳大转动、小应变几何非线性分析,推导了一致切线刚度矩阵与内力矢量,建立了薄壳大转动、小应变几何非线性共旋有限元方程,采用Newton-Raphson算法结合自动载荷控制技术求解方程.通过环形薄板、顶部开孔的半球形壳和圆柱壳3个典型算例验证了本文方法的准确性.     

并联机床的非线性特性及其在插补精度分析中的应用

应用微分几何的观点研究了并联机床关节空间输入向量与工作空间输出向量之间的运动学非线性特性. 提出了应用并联机构正解解轨迹的曲率, 对解轨迹的弯曲和等间距输入映射到解轨迹上的不等间距输出的非线性程度进行度量的方法. 通过对并联机构非线性引起的插补误差的分析, 给出了这种非线性曲率度量方法在涉及并联机构非线性的分析中的应用实例. 以并联机床VAMT1Y为例进行了分析计算, 并与正解数值算法得出的结论进行了比较研究.     

多环运动链环路代数基础理论的建立及其应用

基于运动链环路的数学描述, 首次提出了环路的“Å”代数运算及其基本规律, 建立了运动链环路代数体系基础. 基于此, 提出了运动链的基本环路集及其确定条件, 讨论了如何经过环路的代数运算得到有决定意义的运动链的周长拓扑图, 并形成特征周长拓扑图及其特征邻接矩阵. 此理论的最大特点就是对任意方式绘制、标号的运动链拓扑图, 运用该理论得到的运动链特征周长拓扑图及特征邻接矩阵都是唯一的, 它们与运动链是一一对应的. 这个特点首先极大地简化了同构识别, 并为拓扑图的数字化提供了理论基础, 为今后的机构的型综合以及进一步的机械设计的数字化和计算机化开辟了新的思路. 最后还提出了基于特征邻接矩阵的简便的运动链同构识别方法.     

用虚拟环约束表示的机构自由度公式

本文介绍了用约束数表示的自由度公式的几个重要的发展阶段，指出了以往用环路公共约束表示的自由度公式的不足之处是：在处理含有虚约束机构时，必需通过计算虚约束数，才能得出正确的自由度结果．为克服这一缺点，本文用虚拟环路、虚拟环约束、广义副约束数等新概念，分析了构件的自由度数和运动副约束数之间的关系，给出了用虚拟环路公共约束表示的自由度公式．得出了机构自由度是机构所有构件自由度之和与所有运动副约束数之差，再加上各虚拟环公共约束之和的计算公式，以及机构总的过约束数就是各虚拟环约束数之和的重要的结论．这种用虚拟环公共约束表示的机构自由度公式，能避开虚约束的计算．通过多个计算实例，证明了虚拟环路法对自由度分析的正确性、有效性和适用性．     

并联机构构型分岔与保持性研究

并联机构在奇异位置处的构型具有不确定性. 如何控制机构按给定的构型通过奇异位置, 是并联机器人机构控制的关键问题之一. 采用奇异性理论对平面3DOF并联机构的分岔性态及其构型稳定性进行了研究. 利用Liapunov-Schmidt (LS)约化, 对构型约束方程进行了降维处理, 得到一维分岔方程. 分析了芽空间分岔点附近构型不确定的原因, 根据强等价条件, 得到了与原方程分岔性态一致的Golubitsky-Schaeffer正规形. 通过对分岔方程普适开折, 研究了输入构件长度误差等扰动因素对分岔点处构型保持性的影响, 找到了具有构型保持性的构型分岔曲线. 在该构型分岔曲线上, 机构可以按保持的构型通过分岔点     

一种新型全姿态飞行仿真转台的运动学分析

针对三轴转台无法避免运动学奇异的缺陷,提出了一种四轴型全姿态飞行仿真转台,利用冗余自由度机构的特点,使机构始终保持提供三个自由度的运动.针对所提出的四轴转台的运动学正解问题,采用双欧拉法计算负载的姿态角,解决了全姿态欧拉角计算的奇异问题.针对四轴转台的运动学反解问题,采用基于伪逆的梯度投影法给出了带有性能指标优化的转轴角速度的最优解,然后用基于动态控制的方法获得转轴的角位置.提出的运动学反解算法能保证在获得期望姿态的同时,避免接近奇异位置和各轴的极限角位置.仿真结果表明,四轴型全姿态飞行仿真转台运动学性能明显优于三轴转台.     

一种刚柔统一的并联机构构型综合方法

刚、柔两类机构的构型综合问题一直是机构学领域的研究热点，但统一构型综合的问题尚未提及及讨论．基于对当前刚柔两类机构构型综合方法研究的现状分析，指出了可统一实现刚柔机构构型综合的可行性，并提出了一种以旋量系理论为理论框架，基于数学、物理与机械模块分层映射的机构构型综合思想．该方法的核心在于建立几何模块、运动（约束）模块与机械模块三者之间的映射关系，优点在于简单、可视化．基于所提出的模块分层映射方法，通过实例初步验证了该方法对刚、柔两类机构构型综合的有效性，为系统构筑可视化的刚柔机构统一构型综合（或概念设计）的算法及软件提供了理论支撑．     

内燃机车司机室隔振性能优化研究

柴油机与发电机动态激励是内燃机车的主要激振源之一,其激起的振动通过车体底架传递至司机室,引起司机室振动,设计科学合理的司机室隔振结构与参数对提高司机室结构可靠性与乘坐舒适性具有良好的理论指导意义与工程实用价值.本文针对某型内燃机车司机室隔振问题,建立了机车司机室6自由度动力学理论模型;结合隔振原理、能量解耦原理、生物遗传算法建立了机车司机室隔振优化分析方法,获得了司机室隔振参数的合理配置方案;最后,通过有限元法仿真分析了实测柴油机与发电机激振下隔振参数改进前后的司机室振动响应,验证了提出的隔振方案的有效性.     

基于模糊理论的并联电容器故障诊断系统研究

将模糊理论应用于并联电容器的故障诊断中.针对其故障特点,建立了并联电容器典型故障诊断模型,研究了一种并联电容器故障模糊诊断系统.该系统采用人机界面,集数据采集、信号分析,征兆提取,故障诊断于一体,操作使用方便.实验结果表明,该系统可对并联电容器的典型故障进行有效识别,帮助维修人员确定故障,提高效益.