一种运动分岔并联机构的结构约束与运动模式分析

为设计得到一种新型运动分岔并联机构,运用螺旋理论对其结构约束和运动模式进行分析,同时分析了输入选取。首先,研究了一种运动分岔单环闭链的运动特性,具有两种不同的单自由度转动和两自由度瞬时转动;其次,将运动分岔单环闭链与四自由度PPRR(P表示移动副,R表示转动副)串联支链相结合,得到一种具有无约束、存在一个约束力偶和一个约束力矢的3种不同结构约束的混联支链,并得到了混联支链在不同运动模式下的约束螺旋表达式;最后,利用3条相同的混联支链连接定平台和动平台,得到一种新型运动分岔并联机构,并讨论了其输入选取。研究结果表明,该运动分岔并联机构具有3T3R、3T、3R、2T1R和1T2R(T表示移动,R表示转动)共5种不同运动模式。     

一种新型两自由度高速并联机械手的尺度综合

对含被动支链的两自由度平动并联机构的概念设计进行了研究,归纳了被动支链的几种可能构型.运用螺旋理论对被动支链进行自由度分析,进而提出了一种新型高速并联机械手机构,该机械手包含两条主动支链和两条被动支链,其中被动支链用来对动平台的姿态进行约束,并提高机械手的刚度.在进行运动学分析的基础上,以机械手雅克比矩阵条件数在工作空间上的平均值和最大值的加权值为性能指标,对该并联机械手机构进行了尺度综合.研究表明,该两自由度平动并联机械手可与一单自由度进给机构组合,构成一个三自由度平动混联机械手,适用于工业领域的高速拾放操作.     

一种新型空间三自由度并联机器人的运动学与工作空间分析

提出一种新型三自由度并联机器人机构．该新型并联机器人由定平台、动平台和3个连接支链组成,其动平台相对于定平台具有两个转动和一个移动自由度．各运动支链结构完全相同,且都含有一个闭环子链．该并联机器人只含转动副,具有结构对称和工作空间大的特点．文中对该新型并联机器人的结构进行了详细描述,并应用螺旋理论分析了其运动特性;根据运动链等价替换原理,给出了该并联机器人的运动学反解和正解,并进行了工作空间分析。     

3T2R混联机构运动学性能分析

5自由度混联机构由完全各向同性的三维移动并联机构和2自由度转动的串联机构组成.此混联机构末端位置由两部分共同决定,姿态完全由串联部分决定.首先,求解了机构的自由度数目,并运用螺旋理论分析了自由度性质.然后,选取机构的驱动副,判断并联模块支链第5个转动副为消极副,从而简化了并联模块,方便了后续的分析.最后,分析了混联机构的运动学特征,利用运动影响系数求得其速度雅可比矩阵,并分析了机构的工作空间和奇异位形.该机构运动学解耦,计算方便,便于实时运动控制,同时机构工作空间大,无奇异位形,有很好的应用前景.     

3种用于混联机床并联机构的分析

分析了不同参数条件下3种可用于混联机床的并联机构:Stewart并联机构、动平台共用铰链机构以及中心伸缩杆机构,提出了虚拟工作空间和虚拟最大内接圆半径作为指标评价姿态实现能力.     

六自由度混联机构运动学分析

混联机构结合了并联机构和串联机构两者的优点,有效地扩大了机器人的应用范围.提出了一种由两个不同的三自由度并联机构串接而成的混联机构,对其进行运动学分析,分别求取上下两个并联模块的运动学正解方程,从而得到整个混联机构的运动学正解.通过给定机构结构参数和驱动输入参数,用一组算例求得运动学动平台位姿,并画出三维机构位姿状态图模型,更加直观地了解机构的位姿状态.然后求解其运动学逆解,按照运动学正解结果,给定机构的两组位姿,求得此时机构的驱动输入参数及各转动副的状态,对比正反解的结果,进而验证了双并联型混联机构运动学正反解模型的正确性.最后,在运动学分析的基础上,利用极限坐标搜索法,结合混联机构的运动学反解,给出机构工作空间求解的算法.给定机构的结构参数,考虑杆长约束、关节转动副约束及杆件干涉等影响条件下,利用数值搜索法在圆柱坐标系中搜索工作空间的边界.在Matlab软件中仿真得到混联机构在给定不同姿态下的位置工作空间和给定位置下的姿态工作空间.     

悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构设计研究

针对当前3D打印装备存在工作空间大、运动/力传递性能差的问题,设计了一种悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。依据解耦原则,建立串联单元解耦支链;并利用串联支链构型构成解耦并联单元。依据机器人末端一般运动特征集设计三移两转混联解耦机构,确定第一类混联机构的组合方式;最终基于雅克比矩阵秩设计出悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。实验结果表明,相对于传统的混联机构,设计的混联机构优质工作空间大、运动/力传递性能高、实用性较强。     

悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构设计

针对当前3D打印装备存在工作空间大、运动/力传递性能差的问题,设计了一种悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。依据解耦原则,建立串联单元解耦支链;并利用串联支链构型构成解耦并联单元。依据机器人末端一般运动特征集设计三移两转混联解耦机构,确定第一类混联机构的组合方式;最终基于雅克比矩阵秩设计出悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。实验结果表明,相对于传统的混联机构,设计的混联机构优质工作空间大、运动/力传递性能高、实用性较强。     

一类大转角两转动并联机构的构型分析与运动学优化设计

面向航空航天和仿生设计等领域对大转角两转动并联机构的应用需求,围绕一类新型两自由度转动并联机构——2-RRRR2-RSR机构的构型分析与运动学优化设计问题展开研究.首先,以投影关系为基础分析2-RRRR2-RSR并联机构在给定工作空间内实现两自由度转动运动所需满足的几何条件,并针对两种投影情况分析机构的参数特解.其次,基于闭环矢量法求解2-RRRR2-RSR并联机构的位置逆解,推导机构驱动角度与动平台姿态角之间的映射关系,继而利用RRRR支链与RSR支链的运动特点,获得机构动平台姿态角的正解模型.以此为基础,借助螺旋理论建立2-RRRR2-RSR并联机构的速度映射模型,构建机构的广义雅可比矩阵,并通过软件仿真验证机构位置正、逆解及速度映射模型的有效性.再次,根据2-RRRR2-RSR并联机构的运动特性,以奇异性、铰链许用转角范围、连杆安全距离为约束条件,借助极限边界搜索法求解机构动平台中心点的位置工作空间,进而对应位置工作空间等效获得机构的转角工作空间.最后,借助螺旋理论中运动与力的互易积的物理含义定义可描述2-RRRR2-RSR机构瞬时功率传递特性的无量纲运动学性能评价指标,并结合工程实际需求设定机构的约束条件,实现机构的尺度参数的运动学优化设计.研究成果可为大工作空间两自由度转动并联机构的样机设计与控制策略制定奠定理论基础.     

一种2R1T并联机构位置反解和工作空间分析

设计了一种带封闭支链的2R1T并联机构，机构主体组成包括定平台、动平台、两条RPS支链、一条由封闭支链2SPR和S组成的支链。通过改变三个P副的位移大小来控制动平台的位置及姿态。基于螺旋理论，对2T1R并联机构进行自由度分析，分析得到该机构有两个转动自由度和一个移动自由度。建立机构运动学的反解模型并进行反解求解。应用SolidWorks建立2R1T并联机构的模型并用Matlab建立运动学模型。应用数值搜索法基于位置反解在Matlab中求解得到并联机构的工作空间。     

基于一种半开式滑槽球副的3-PSP并联平台设计

提出在并联机构中应用一种1移动3转动半开式滑槽球副结构,该运动副将1个移动副和1个球副集成为一个复合的运动副,可以缩短并联机构中支链的尺寸链,有助于提高并联机构精度.基于半开式滑槽球副设计了一种3自由度(3-DOF)PSP三轴并联平台,通过对此机构进行的运动分析和支链的精度分析,导出各个支链的逆解方程,同时根据影响支链运动精度的各个因素给出支链系统误差的线性补偿方程,证明此并联机构具有易于控制、运动精度高的优势.     

基于螺旋理论的两转一移解耦并联机构型综合

强耦合性是并联机构的一个显著特点,如果能使并联机构的运动部分解耦或者完全解耦,将使并联机构的理论分析、实际应用等方面变得容易。为此,本文基于螺旋理论、机构运动螺旋系与分支运动螺旋系之间的关系,提出了移动解耦分支型综合准则和转动解耦分支型综合准则,确定了并联机构转动条件及输入运动副选择原则,形成了两转一移解耦并联机构型综合方法,并以此对两转一移解耦并联机构进行了综合并得到了许多新型机构,从而验证了该方法的正确性和可行性。     

A force feedback master finger in exoskeleton type

In order to eliminate the drawbacks of conventional force feedback gloves,a new type of master finger has been developed.By utilizing three"four-bar mechanism joint"in series and wire coupling mechanism,the master finger transmission ratio is kept exactly 1:1.4:1 in the whole movement range and it can make active motions in both extension and flexion directions.Additionally,to assttre faster data transmission and near zero delay in the master-slave operation,a digital signal processing/field programmable gate array(DSP/FPGA-FPGA)structure with 200μs cycle time is designed.The operating modes of the master finger can be contact or non-contact,which depends on the motion states of a slave finger,free motion or constrained motion.The position control employed in non-contact mode ensures unconstrained motion and the force control adopted in contact mode guarantees natural contact sensation.To evaluate the performances of the master finger,an experiment between the master finger and a DLR/HIT dexterous finger is conducted.The results demonstrate that this new type master finger can augment telepresence.     

面向虚拟样机的一种机构运动仿真算法

文中就虚拟样机四连杆机构的运动分析提出一种新的运动仿真算法，在基于场景图的虚拟样机产品模型中实现产品四连杆机构的运动仿真．其算法特点是：利用空间矢量运算原理和四连杆机构特性直接求出四连杆机构从动件的变换矩阵，再通过四连杆机构特征点构造的三角形面积变化求出从动件变换矩阵的偏离角，用偏离角补偿法校正从动件变换矩阵，实现四连杆机构的运动仿真．其算法简单，运算效率高，实现容易．     

Type synthesis of parallel mechanisms with three translational degrees of freedom

A simple but effective type synthesis method for spatial parallel mechanisms with three translational degrees of freedom(DOF) based on the screw theory is presented. Firstly all possible connecting-chain structures of three-DOF parallel mechanisms are enumerated. According to the reciprocal relationship between screw constraint forces and the motion screw, a novel synthesis method is presented. By using this method, type synthesis for translational three-DOF parallel mechanisms has been made in a systematic and detailed way. As a result, dozens of novel parallel mechanisms generating spatial translation have been obtained. To verify the significance of type synthesis for this kind of mechanism, this paper also gives an example of application, which is used for a micromanipulator for manipulating cells     

Kinematic Characteristics Analysis of 3-PRS Parallel Manipulator

The 3 - PRS parallel mechanisms, whose kinematic chain is connected by prismatic joint P, revolute joint R and spherical joint S, have two rotational and one translational DOF. But the DOF of 3 - PRS parallel mechanism cannot be explained by the Grubler-Kutzbach method or Herve method. To illuminate the special kinematic characteristics of 3 - PRS parallel mechanism, a novel analytical approach is proposed in this paper. All the feasible instantaneous motions of 3 - PRS mechanism are studied by using this method. The analysis of kinematic characteristics of 3 - PRS mechanism help to understand the mechanism and estimate the motion capacity of mechanism. Finally, it is also helpful to optimize the topology of the mechanism and the trajectory for desired performance.     

重载三自由度旋转并联平台的位置逆解及其分析

介绍了一种重载车辆运动模拟用三自由度旋转并联平台的结构与特点,该平台具有3个独立的角度运动参数,但平台在绕航向、俯仰和侧倾三轴转动时,会产生附加的平移运动,在一定的角度范围内附加平移运动的量值很小,因而可以用作车辆运动模拟器.讨论了其中一种典型结构的位置逆解方法,并推导了相应的计算公式.通过数值计算,分析了结构参数对附加运动量值的影响,并得出了相关结论.     

空间机构间隙滑动副模型的建立

建立了空间机构间隙滑动副模型。间隙滑动副模型有多种接触模式，全面地给出了间隙滑动副的各种模式。运用力学分析的方法得出了模型每种模式的存在条件，并对其存在的条件给予了证明。得出了滑动副在整个运动期间，由于滑块所受力的变化，各种模式之间会发生转变，但从一种模式到另一种模式的转变是瞬时的，滑块在某种模式运动期间作平动。本研究为间隙转动副的动力学研究提供了基础。     

铰链四杆机构中RRR杆组装配模式

铰链四杆机构中的RRR二级杆组可能存在2种装配模式.运用几何学中三角形三边长的关系对铰链四杆机构中RRR杆组的装配模式进行探讨,得到铰链四杆机构中的RRR杆组两杆件共线的条件,进而结合Grashof条件得到了各种铰链四杆机构死点存在情况及在整个运动过程中RRR杆组装配模式发生变化的可能性.