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。     

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.     

6-RRS冗余驱动飞行模拟器运动学与工作空间分析

提出一种以6-RRS球面并联机构作为运动机构的冗余驱动飞行模拟器.该机构具有3个转动自由度、6个驱动、3个冗余驱动,由2个完全相同的3-RRS球面并联机构构成6-RRS球面并联机构.该机构广义上具有一个定平台和一个动平台,整个动平台即为飞行模式器座舱.在3-RRS球面并联机构运动学分析的基础上,给出了6-RRS球面冗余驱动并联机构的运动学分析,包括机构的方向余弦的建立、反解和正解及该机构的工作空间分析.     

类串并混联4自由度机行走机构的运动学分析

提出一种类串并混联4自由度行走机构并对该行走机构进行了运动学分析。该行走机构由串联形式的2自由度髋关节与主动连杆和从动连杆分离形式的2自由度并联机构串联而成。首先建立行走机构的数学模型,在此基础上基于矢量法,以提高控制精度以及降低所需能耗为目的,通过矩阵变化求得其运动学正解和运动学逆解,并利用MATLAB和SOLIDWORKS软件验证了运动学逆解的准确性。结果表明:利用所述方法求得的运动学逆解是正确的。     

非对称2T1R并联机构的运动学和灵巧性分析

提出一种非对称空间并联机构,其动平台相对于静平台具有两个移动和一个转动自由度。利用单开链单元理论对机构的运动输出特性进行了分析,并对其自由度数目进行了计算。推导出机构位置的正、逆解析解,以及速度矢量方程。根据机构灵巧性分析可知,当机构处于某一特殊位形时,其运动学条件指标等于1,即该机构为各向同性并联机构。因而所提出机构具有良好的运动学性能,在工业机器人、医用机器人和微操作机器人等领域具有潜在的应用前景。     

调平二自由度球面并联机构运动学分析与求解

球面并联机构操作灵活、控制简单,尤其适合于飞行器运动模拟、光束指向控制及平台调平领域。为了提高调平效率,提出了一种适用于调平领域的球面并联机构,首先介绍该机构构型,由动平台、底座、两对称分布驱动支链及球副支腿构成。针对机构特点,基于螺旋理论分析机构自由度与约束,给出机构自由度矩阵与约束矩阵,得出该机构有2个转动自由度。依据构型建立机构坐标系,通过构造闭环矢量,建立驱动长度与动平台转动角度的数学模型并求得运动学逆解。利用3D模型进行运动学仿真,求解机构位移、速度、加速度。结果表明,所提出的机构具有较好的位移分辨率且结构简单,可作为倒装键合等调平机构的基础件,具有很好的应用价值。     

基于螺旋理论的3-RRR并联机构设计与仿真

基于螺旋理论分析了一种3-RRR并联机构的自由度和构型.通过分析动平台和各分支机构的约束螺旋系,构造3-RRR串联分支,运用修正Crübler-Kutabath公式计算出其自由度满足3个转动自由度.基于虚拟样机技术建立3-RRR并联机构虚拟仿真模型,进行正向运动学仿真和工作空间分析,从而找到该机构存在的缺陷,为少自由度并联机构运动学和动力学分析提供保证.     

类Exechon并联机构模块可重构概念设计与运动学分析

可重构与模块化设计是实现并联机构多功能、提升装备加工柔性的关键技术.受商用Exechon并联机构模块优异性能的设计启发,在其变异机构Exe-Variant的基础上,应用机构变异思想提出两种类Exechon并联机构模块——Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ.基于可锁定关节、模块化支链以及可重构并联机构的设计思路,依次开展Exechon、Exe-Variant、Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ等4种类Exechon并联机构的模块化、可重构概念设计.针对以上并联机构模块进行运动学分析:运用螺旋理论分析类Exechon并联机构的系统螺旋系,构建类Exechon并联机构的系统全雅克比矩阵,依次分析机构自由度和奇异性;通过矢量闭环方程推导其逆运动学模型和动平台连带运动;以"分层切片"的工作空间搜索方法预估其工作空间.运动学对比分析表明:对类Exechon并联机构模块开展的可重构设计,保留了并联机构的自由度类型和结构奇异性特征,并显著改善了部分类Exechon并联机构的逆运动学连带运动的复杂程度以及动平台可达工作空间的分布.最后,借助3D打印技术制作了Exe-Ⅰ并联机构模块的原理样机,运动学精度实验结果与理论分析结果吻合较好,数据的绝对误差在±0.4 mm以内,并且其相对误差不大于实验值的3.2%,验证了运动学分析的正确性.本文提出的可重构与模块化概念设计,可为类Exechon并联机构模块的高效可重构设计及其工程应用提供关键技术支撑.     

基于四自由度并联机构的数控机床研究

介绍一种基于混合型四自由度并联平台机构平发的五坐标并联机床,由于其独特的机构设计,与基于Stewart平台的并联机床相比,X方向的进给运动与运动平台分离,改由工作台单独进给,因而其工作空间成倍增大,采用龙门框架结构和滚珠丝杠支承方案使机床获得更高的刚度,给出了该机床运动学逆解,控制系统采用基于PC的数控系统进行五轴三联动控制。     

一种三转动并联机构的运动学及解耦性分析与仿真

对一种支链含等速万向节的RRR-PaRRS-RHJ型三转动并联机构的运动学及其解耦特性进行分析.首先,对机构进行运动特性分析和自由度计算.然后,通过构件间的几何关系对机构进行运动学分析,给出机构位置正、逆解析解,推导出机构在定坐标系和动坐标系下的速度雅克比矩阵,根据雅可比矩阵分析此机构在不同坐标系下表现的不同耦合性.最后,运用ADAMS软件进行运动学仿真,验证了理论分析的正确性.     

3-SPS/PPS并联机构运动学分析

为了实现一种空间上三维转动和两维平移的运动形式,提出了一种3-SPS/PPS为构型的五自由度并联机构,该机构的驱动支链为SPS支链,约束支链为PPS支链.应用螺旋理论对3-SPS/PPS并联机构的支链进行了理论分析,对并联机构的自由度进行计算,求出了并联机构位置方程的表达式.通过三维建模软件建立了3-SPS/PPS并联机构的模型,利用ADAMS软件进行运动仿真分析,从而得到了3-SPS/PPS并联机构在逆解下的位移曲线变化图,同时得到了在正解下的位移、速度和加速度运动曲线图,验证了3-SPS/PPS并联机构的自由度,为并联机构的应用提供了理论参考.     

一种新型4-PUU并联机构运动学分析

介绍了一种新型4-PUU并联机器人机构，该机构可以实现空间三维的移动和绕Z轴的转动。文中利用螺旋理论分析了机构的约束特性，计算了它的自由度数目，讨论了输入的合理性：给出了机构位置反解方程和机构速度方程并分析了机构奇异位形和工作空间。该并联机构结构对称，机构较简单，可以用来开发工业机器人，定位平台等。     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明:该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。     

平面广义Stewart平台位置正解求解策略及仿真

与六自由度并联机构相比,三自由度并联机构结构简单、易于控制、制造成本低,发展前景广阔。并联机构位置正解研究可为机构的设计提供必要的依据,然而到目前为止,Stewart平台位置正解的求解问题还未彻底解决。采用基于图论的自由度分析法和基于吴消元法的符号计算方法,研究了平面广义Stewart平台的位置正解求解策略。先将平面广义Stewart平台的位置正解问题转化为约束图,再对约束图进行完整约束完备化,生成构造序列,降低同时求解的方程组规模,并用吴消元法求得方程组对应的闭形解。最后对平面广义Stewart平台位置正解进行了基于MapleSim软件的仿真,用实例验证了方法的有效性。     

集成2R1T并联机构的艾灸辅疗机器人概念设计与运动学分析

设计一种用于艾灸辅疗的新型五自由度混联机器人机构，该机构由2UPS&1UPR&1UP并联模块和2R串联模块组成.首先，给出该混联机器人的概念设计方案，并运用螺旋理论分析2UPS&1UPR&1UP并联模块的自由度，建立该混联机构的运动学模型并推导其位置逆解的解析解，进而求得全局雅克比矩阵和奇异位型.在此基础上，采用“分层切片”的搜索方法得到该艾灸机器人的可达工作空间.最后，制作概念样机，并通过运动位姿实验验证运动学逆解与工作空间分析的正确性.研究表明，所提混联机器人机构具有大转角和大工作空间的性能优势，可以满足艾灸辅疗流程对器械运动形式与工作空间的需求.     

一种基于3-UPS并联机构的六维控制器运动学分析

对基于3-UPS并联机构的六维控制器进行了运动学分析,计算求解了3-UPS并联机构运动学正解和反解,同时运用MATLAB软件对其进行了运动学仿真,仿真结果证明了机构运动学正反解的正确性.运动学分析结果将为六维控制器结构参数优化设计以及控制电路的设计提供理论依据.     

一种大型球冠蜂窝灌注机器人结构设计与分析

针对航天器中大型球冠蜂窝防热层结构自动灌注问题,设计了一种3自由度混联灌注机器人,并建立灌注机器人的机构模型.该混联机器人结构紧凑、驱动简单、占地面积小,末端灌注装置始终垂直于球冠面移动,有利于蜂窝结构的灌注;采用多机器人操作模式,提高了灌注效率.通过建立运动学约束方程,分析了机构的运动学反解,同时建立了机构的速度雅可比矩阵,在此基础上,利用一种高效的数值正解算法分析了运动学正解,并通过对位置正解的分析得出灌注机器人的整个工作空间,并基于速度雅可比矩阵对机构的灵巧性和奇异性进行分析.结果表明灌注机器人能够实现对蜂窝结构的精确定位,且工作空间能够达到整个球冠面,满足蜂窝防热层结构的灌注要求.     

气动人工肌肉驱动球面并联机器人的位置控制研究

研究将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人机构,介绍了该机器人的运动学模型,提出一种简便的轨迹规划方法,在建立的实验测控系统中,应用含并联机器人的位置逆解和对气动人工肌肉的智能PID控制的位置控制算法,实现对机器人末端的位置控制,通过机器人的位置正解验证了位置控制的控制效果.     

基于位姿分离法的模块化机械臂逆运动学分析

分析了7自由度冗余机械臂的运动学正逆解, 采用Denavit-Hartenberg(D-H)坐标法进行正运动学建模, 获得机械臂末端相对于基座的空间位姿; 采用位姿分离法进行逆运动学建模. 求位置逆解时, 由约束条件分别获得前4个关节角位移解析解; 求姿态逆解时, 采用欧拉角表示机械臂末端相对于基座的姿态, 减少了计算量. 以SCHUNK模块化7自由度机械臂为例,进行了运动学正逆解分析, 并基于虚拟样机进行了仿真验证.