平面变胞机构及其结构分析

首先定义了变胞机构和变胞运动副的概念,提出了5种类型的变胞运动副,并对它们的特性和原理进行了详细的研究;通过变胞机构中自由度变化分析,提出了变胞机构中变胞运动链的概念,研究了变胞机构的结构组成原理和变胞机构的结构分解步骤,为变胞机构构态变换和机构的综合打下了坚实的基础.     

4-RPC并联机构及其衍生机构的运动学研究

根据螺旋理论分析了4-RPC并联机构各支链的运动螺旋和约束螺旋,确定了机构的自由度.由于4-RPC并联机构及其衍生机构在结构特性和运动学性能上具有相似性,因此以4-RPC并联机构为例,间接研究了该类机构的运动学特性.     

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。     

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.     

基于运动副变胞实现的变胞机构构型综合

变胞机构具有可变拓扑结构的特点,其构型综合的难度很大.文中通过分析变胞运动副的约束变化特征和结构实现方式,提出一种变胞机构构型综合方法.采用约束函数的算术运算描述运动副在增加、消除和改变类型共3类变胞过程中的约束变化特征;通过归纳设计常见运动副变胞的结构形式,构建变胞运动副结构设计目录;以此为基础,结合形态学矩阵法构造变胞源机构,通过求解变胞运动副的约束变化特征,选择变胞运动副结构,综合变胞机构构型.示例表明,文中方法不仅能综合出多种满足功能需求的变胞机构构型,还能改进机构结构与性能.     

变胞机构广义邻接矩阵运算法则的改进

改进了变胞机构广义邻接矩阵的运算法则,运用新的运算法则,不仅可以得到变胞源机构,而且可以演绎出新的机构,丰富了变胞机构的内容.以精梳机钳板驱动机构为例,运用上述运算法则,演绎出变胞式钳板驱动机构,并通过运动分析证明了该机构运动的可行性,进一步验证了本文提出的运算法则的可行性.     

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.     

一种圆柱壳体圆孔切割机构变胞特性分析

提出了一种新型的变胞切割机构,应用于机械设备尤其是舰艇圆柱壳体表面的孔切割.通过变胞切割机构的拓扑结构的变化,使机构自由度发生改变,以适应在切割过程中切割圆孔直口、在所开孔上切割变角度坡口,以及在直口切割和坡口切割之间进行切割状态转化的要求.在对其进行机构原理和2个构态下的自由度分析的基础上,应用拓扑结构图论和邻接矩阵分析了变胞切割机构在2个构态下的各个构件间的连接状态.建立了变胞方程和变胞矩阵,用以分析和描述整个变胞过程.理论分析结果说明了该机构的有效性和实用性。     

一种新型4自由度并联机器人自由度分析

采用对称结构的4自由度并联机器人一般是过约束机构.采用传统的机构学理论和方法对其运动自由度进行分析往往会得出错误的结论,现采用螺旋理论对一种新型的、结构对称的4自由度并联机器人进行了全面的自由度分析,证明了这种机构运动平台的自由度数目及其相应的自由度特性,为这种机构进一步深入的研究打下了基础.     

柔性变胞机构动力学建模及仿真研究

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机构的精确控制打下基础;另外,根据杆件增加和减少两种情况下的构态变换矩阵推导出全构态柔性变胞机构的动力学模型.以4构态的柔性变胞机构为例,建立动力学方程并仿真验证所建立的全构态动力学模型的正确性和有效性.     

面向骨折手术的三支链六自由度并联机构设计

随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理...     

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...     

多排行星齿轮动力耦合器的构型综合方法

根据行星齿轮机构的结构特点,提出了新三色拓扑图表示方法.将变胞机构的构态变换方法应用于混合动力汽车动力耦合器的构型综合,并将动力耦合器的多排行星齿轮机构的构型综合问题转化为行星齿轮机构邻接矩阵的运算问题.通过各阶段矩阵运算,将单排行星齿轮机构的邻接矩阵转换成多排行星齿轮的联合矩阵和邻接矩阵,进而得到多排行星齿轮机构的拓扑图和构型综合方案,为后续构型方案的同构判断提供数学模型.以双排和三排行星齿轮构型综合为例,得出多款行星齿轮拓扑构型方案,验证了上述方法的有效性,并采用模糊一致矩阵的优选方法得到几款适用于混合动力汽车动力耦合器的新型基础构型方案.     

2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构自由度分析与仿真

针对并联机构输出自由度固定,难以适应变化的环境和工况的问题。根据变胞理论中改变运动副方位特征实现构态变换的原理,设计一种新型可变转动副轴线的2-PrRS-PR(P) S并联变胞机构,通过机构的变胞实现机构在不同构态下输出自由度和工作空间的变化。2-PrRS-PR(P) S机构包含3个分支、动平台和静平台,利用移动副作为驱动副,其中分支2和分支3能够通过改变移动副的位移来改变的可转轴线转动副在滑槽中的位置,进而改变其转动轴线的方向,且分支1上连杆的移动副在轴线变化时被动作用,实现机构不同构态的变化。根据机构特点,利用螺旋理论对2-PrRS-PR(P) S机构2个工作构态进行自由度分析和计算,应用多自由度并联机构输入选取理论确定主动输入副。利用SolidWorks软件建立三维实体模型,并将2种工作构态模型分别导入到ADAMS软件,对其进行自由度的分析和验证。计算和仿真结果表明机构工作构态1具有x轴和y轴方向转动自由度、z轴方向移动自由度;机构在构态3具有x轴和z轴方向转动自由度、y轴方向移动自由度。机构能够根据需求改变工作构态实现输出变化。     

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.     

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.     

关于非齐次线性方程组的反问题

所谓非齐次线性方程组的反问题即由已知非齐次线性方程组的解去求该非齐次线性方程组.本文结出了非齐次线性方程组的基础解系的定义,证明了非齐次线性方程组的基础解系的存在定理,得出了由已知解出发求相应的非齐次线性方程组的具体方法.     

运动副布置对3-SPR并联机构工作空间的影响分析

通过改变3-SPR并联机构的运动副布置,得到了10种典型的3-SPR并联机构,分析了它们的位置特性.采用CAD尺寸驱动技术求解了机构的工作空间,定义了描述工作空间及动平台姿态变化的参数,对10种机构的工作空间及姿态变化范围进行了比较,分析了运动副布置对于3-SPR并联机构工作空间及姿态变化的影响.     

旋量理论的变胞机构全构态动力学模型

为丰富和发展机构学理论,通过引入切断铰,将空间串并联机构的运动学分析问题转化为开链机构和局部闭链机构的运动学分析子问题,基于旋量理论建立切断铰空间机构的运动学和动力学模型。采用旋量理论和Kane方法对五杆两自由度闭链变胞机构的广义主动力和广义惯性力进行了计算,并建立切割变胞机构的全构态动力学方程。该方法为变胞机构的动力学建模提供了参考依据。     

平面2T1R并联机构无过约束构型设计

基于螺旋理论和集合论原理,根据动平台所受约束与支链约束之间的关系,分析平面2T1R并联机构无过约束构型条件,得到了6种3支链结构的约束配置方式.根据支链约束要求,采用转动副和移动副设计具体的支链结构,并按不同支链间约束配置方式确定各支链运动副轴线的几何布置,综合出了一类新的完全对称结构和非完全对称结构无过约束平面2T1R并联机构.