完全各向同性解耦3T1R型并联机器人构型综合

为综合得到完全各向同性解耦并联机器人构型,基于GF集理论提出了一种简单而有效的构型综合方法.阐述GF集的基本概念、运算法则,转动特征存在条件;给出机构输入运动副选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动各向同性及解耦性;根据该构型综合原理,实现了3T1R的4自由度完全各向同性解耦并联机构型综合,得到了大量新构型;针对所综合的一种新型并联机构,运用螺旋理论求解其机构的自由度并推导其雅克比矩阵,验证了该机构的完全各向同性,也进一步证明了该构型综合方法的有效性.     

完全解耦2T3R并联机器人机构型综合方法

针对并联机器人运动的非线性、强耦合问题,基于GF集理论提出一种完全解耦两移动三转动(2T3R)并联机构型综合方法.首先阐述GF集的基本概念、运算法则,给出并联机构数综合方程;然后根据GF集的求和运算和转动轴线迁移定理,给出机构输入运动副选择原则以及解耦支链设计准则;按照完全解耦并联机构设计步骤,列举出了2T3R并联机构各解耦分支运动链,综合出了含有单、双驱动支链的2T3R五自由度完全解耦并联机构,得到了大量新构型;最后通过综合出的2T3R并联机构,运用旋量理论求得其机构末端运动特征,求解机构位置正解解析表达式,进而推导得到机构雅可比矩阵,验证了该机构的完全解耦性,进一步证明了该构型方法的有效性.     

基于螺旋理论的2T2R完全解耦并联机构构型综合

针对并联机构的运动往往是非线性、强耦合的问题,基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出了两移两转(2T2R)类完全解耦并联机构构型综合方法.首先,根据2T2R完全解耦并联机构的运动特征和完全解耦并联机构的正、逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足期望形式的正、逆雅可比矩阵;其次,根据正、逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后,根据并联机构运动原理依次取出4条支链连接动平台和定平台得到并联机构.综合的完全解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正、逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景.     

两移动三转动完全解耦混联机器人机构型综合

为综合得到两移动三转动(2T3R)完全解耦混联机器人机构,基于GF集理论提出了一种简单而有效的解耦混联机构型综合方法,并且给出了完全解耦混联机构型综合的具体设计步骤。首先分析了GF集的运算法则;接着通过GF集元素组合公式和混联机构数综合方程构造了混联拓扑结构,并结合机构输入运动副选择原则和解耦分支设计准则,确保了混联机构运动的解耦性;然后根据该构型综合方法,完成了完全解耦2T3R五自由度混联机构的型综合过程。运用该型综合方法,得到了构成2T3R解耦混联机构各模块单元的组合形式,再以其中一种组合形式为例,综合出了2T3R五自由度完全解耦混联机构,并得到了大量新构型。针对该完全解耦混联机构,求解了机构位置的正解解析表达式,推导出了机构的雅可比矩阵,进而依据此雅可比矩阵表达式,验证了混联机构的完全解耦特性,进一步证明了该构型方法的正确性。基于GF集的完全解耦混联机构型综合方法可用于具有确定运动特征的解耦串联、并联以及混联机构的构型设计。     

具有两条连续确定转轴的PRR型并联机构型综合

为综合出更多具有两条连续确定转轴的PRR型两转一移(2R1T)三自由度并联机构,提出一种简单有效的型综合方法.首先,给出了具有两条连续确定转轴的PRR型并联机构的概念,基于螺旋理论给出转轴连续确定的条件;然后,根据虚拟链法和PRR型并联机构的结构特性,得到该类并联机构的约束螺旋分布情况;接着,基于PRR型并联机构的约束...     

三维平动并联机构型综合研究

提出了一种简单而有效的三维平动并联机构型综合新方法,应用的理论基础是螺旋理论.为此,首先列举了该类机构所有可能的支链结构,根据螺旋理论中运动螺旋与约束力螺旋之间的互易关系提出一种机构型综合方法,并利用该方法系统地进行了三维平动并联机构的型综合,得到了数十种新型机构.为验证该机构型综合的重要意义,给出了三维移动并联机构应用于生物细胞显微操作的一个具体实例.     

3-RPC并联机构雅可比矩阵

建立雅可比矩阵是研究并联机构运动轨迹的重要方法。以3-RPC并联机构为研究对象,建立机构雅可比矩阵并以此为基础分析机构奇异位型。首先利用螺旋法分析3-RPC并联机构的每个分支,建立支链运动螺旋,然后运用反螺旋系建立3×6约束雅可比矩阵,确定驱动副后建立3×6驱动雅可比矩阵,综合两个矩阵得到3-RPC并联机构的6×6雅可比矩阵。对6×6雅可比矩阵进行奇异性分析,得到机构在极限条件下的奇异位型,可以有效避免机构卡死现象的发生。建立3-RPC并联机构雅可比矩阵对于分析机构的运动有重要意义。     

3转动1移动并联机器人机构的结构综合

利用螺旋和反螺旋之间的互易关系,分析了给定机构运动自由度与支链约束之间的关系,提出了基于螺旋理论的4自由度并联机器人机构结构综合的一种方法.据此构造了3转动l移动4自由度并联机器人机构的可能支链类型,列举了多种新型对称机构和非对称机构.所提方法对其它少自由度并联机器人机构的结构综合具有普遍意义.     

两种新型对称五自由度并联机器人机构

由于具有对称结构的少自由度并联机器人型综合难度极大,目前国内外尚未有对称结构的五自由度并联机器人。本文提出两种新的五自由度对称并联机器人机构,可以实现空间的三个转动和两种移动,具有结构简单,转动和移动运动解耦等特点,具有极好的应用前景。     

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.     

一种可重构空间四杆机构

提出一种可重构空间四杆机构,其具有两种不同的工作模式,模式Ⅰ为一个转动运动,模式Ⅱ为一个平移平动,两种运动模式进行切换的初始位形具有瞬时的一个转动和一个平动.将可重构空间四杆机构与一个具有两移动和两转动的串联支链相连,构成一种具有两种不同工作模式的可重构混联支链.利用3条可重构混联支链连接并联机构的固定平台和运动平台,可得到一种新型可重构并联机构,通过控制3条可重构混联支链分别在两种不同工作模式间切换,可重构并联机构可实现4种不同的三自由度运动模式.利用螺旋理论分析和证明了上述结论.     

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.     

基于李群理论的2R1T并联机构构型综合

应用李群理论,对2R1T(两转动—移动)并联机构的型综合问题进行了系统地研究. 通过分析满足2R1T自由度性质的动平台的李群代数结构,并依据李群代数结构与刚体运动的对应关系,确定出各支链的李群代数结构和它们的等效运动链,最终综合出4394种2R1T并联机构新构型,并绘制了支链机构简图和部分机构简图. 研究结果表明,该方法简单、规范、有效,可作为构型评价及优化的基础,也适用于其他类型并联机构的型综合研究.      

Type Synthesis of Fully-Decoupled 3R2T Parallel Mechanisms Based on Driven-Chain Principle

To avoid the existence of nonlinear and strong coupling in parallel mechanisms,it is necessary to address special care to the type synthesis of mechanisms,especially for the type synthesis of fully-decoupled parallel mechanisms. Based on the screw theory and the driven-chain principle,a methodology of structural synthesis for fully-decoupled three-rotational( 3R) and two-translational( 2T)parallel mechanisms was proposed by analyzing the characteristics of the input-output relations for fully-decoupled parallel mechanisms.Firstly,according to the desired kinematic characteristics of fullydecoupled parallel mechanisms,a method was presented by virtue of screw theory to synthesize the desired forms for both the direct and the inverse Jacobian matrices. Secondly,according to the feature of the direct and the inverse Jacobian matrices,the effective screws,the actuated screws and the mobile un-actuated screws of each leg were established based on the reciprocal screw theory and all possible topology structures fulfilling the requirements were obtained.Finally,the desired fully-decoupled parallel mechanisms could be synthesized by using the structural synthesis rule and structural synthesis of fully-decoupled 3R2 T parallel mechanisms could be obtained exploiting the abovementioned methodology. Furthermore,the Jacobian matrix of a synthesized 3R2 T parallel mechanism was deduced to demonstrate the decoupling feature of the parallel mechanism,which also validated the correctness of the methodology of the type synthesis for fully-decoupled 3R2 T parallel mechanisms.     

机构对称的3T2R五自由度并联机构

机构对称的三移两转五自由度并联机构尚属空白，本文基于约束综合理论首次提出了该类型的机构样例，填补了该项研究的空白。     

空间少自由度并联机构瞬时螺旋运动轴线曲面的几何表示方法

对于单自由度的平面机构或单自由度空间机构来说,机构中各个点的运动都是确定的。机构在运动过程中的一系列瞬时螺旋运动轴线所形成的曲面也是唯一的,比较容易求解,可以得到其数学表达式。但对于多自由度的空间机构来说,由于在每一个位形下,机构的运动有多种可能性,瞬时运动轴线所形成的曲面也不是唯一的,很难得到其数学表达式。本文通过求解空间机构在运动过程中的一系列瞬时运动轴线,利用几何方法绘制出空间少自由度并联机构的瞬轴曲面,从而可以更直观地了解少自由度并联机构的空间运动。     

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.     

3-(P)US/PU 3自由度并联机构运动学优化设计

研究了一种带恰约束从动支链的3自由度并联机构的运动学优化设计.该机构采用3-PUS/PU拓扑结构,可实现一维平移和两维转动自由度.在构造出该机构全速度雅可比矩阵的基础上,以支链误差传递率为性能指标,在考虑必要机械约束的基础上,采用遗传算法实现了该机构的尺度参数优化设计,并给出相应算例.由实例可知,经优化得出的尺度参数合理.此优化方法同样适用于其他类似并联机构的运动学设计.