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.     

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.     

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.     

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。     

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.      

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

双端虎克铰型六自由度并联机构的动力学模型

为对支链两端为虎克铰型的并联机构进行优化设计及运动仿真,建立了六自由度的该类并联机构的动力学模型。基于运动学分析推导了机构的几何Jacobi矩阵,采用Newton-Euler法建立了所有构件的动力学方程,根据D'Alembert原理的约束理想性条件并利用几何Jacobi矩阵消去各方程中的未知约束反力,最终得到了各主动副驱动力的表达式。以一个六自由度运动平台为例进行计算,验证了该模型的正确性。该模型可用于实际的支链两端为虎克铰型的并联机构的分析和设计。     

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。     

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...     

RR-P5 R型全球面工作空间解耦并联机构误差分析

针对二自由度球面解耦并联机构工作空间不足的问题,提出一种新型P5 R运动支链,基于该运动支链设计RR-P5R型全球面工作空间解耦并联机构;采用环路增量法对RR-P5R型并联机构进行误差分析,建立位置、速度、加速度误差模型.结果表明,该RR-P5R型并联机构可以实现完整的球面工作空间,所建立的误差模型可以作为机构的参数设...     

多自由度混合冗余驱动机构运动学及可控性分析

提出了兼有混合驱动机构和冗余驱动机构的特点的n-DOF(自由度)混合冗余驱动机构(hybrid redundantly driven mechanism,HRDM)。n-DOF的HRDM由n条对称分布于静、动平台对整个机构不产生约束的支链和一条中间混合冗余驱动支链(hybrid redundantly driven limb,HRDL)组成。机构的自由度由中间支链决定,中间支链由常速电机和伺服电机共同驱动。建立了机构的位置逆解数学模型,进一步对该类机构的可控性进行了研究,得出此类新型混合驱动的空间机构运动是完全可控的。最后,以5-DOF 4-PSS/4R2U HRDM为例,规划工作空间内螺旋曲线,综合运用Matlab和Adams软件验证了所建立的运动学模型的正确性以及机构运动的可控性。研究结果为空间混合驱动机构的发展奠定了理论基础。     

一种2R1T并联机构的设计及分析

设计了一种带封闭支链的2R1T并联机构,该机构主体由定平台、动平台、两条RPS支链和一个(S+SPR)S的封闭支链组成。2R1T并联机构具有三个自由度,包括两个转运和一个移动自由度。设置三个移动副为驱动副控制动平台的位置及姿态,分别由伺服电机驱动。应用SolidWorks建立2R1T并联机构的三维模型,并在SolidWorks里进一步优化模型实现从理论运动模型到实物模型的过渡转换。运用粒子群优化算法通过数值法求得并联机构的位置正解。运用Adams软件输出动平台质心的运动线图,根据运动线图判断机构运动学的合理性。     

新型空间5自由度并联机构的奇异位形分析与规避

采用约束支链法设计了一种新型空间5自由度并联机构,用于实现动平台的三维移动和两维转动.文中首先利用螺旋理论分析了该并联机构的自由度,推导了机构的约束子矩阵和运动子矩阵,在此基础上建立了机构的完整雅克比矩阵;然后,利用该雅克比矩阵分析了机构发生奇异的条件,并通过选择动平台工作范围或改变结构尺寸,给出了规避并联机构奇异位形的具体方法;最后,通过数值算例验证了所提奇异位形规避方法的正确性和有效性.     

3-PUU不同结构的运动特征分析

该文简述了螺旋理论的基本定理和组成,给出了螺旋和反螺旋的定义。运用螺旋理论分析了3-PUU并联机构在三自由度平动、球形和四自由度情况下的机构组成形式和运动形式,给出了其螺旋系、约束条件和基础螺旋系的坐标组合。如果3-PUU并联机构的支链中含有U副,支链中U副的不同的安装条件决定了机构的自由度数目的不同和安装形式的不同。3-PUU并联机构的中间两虎克铰的几何关系有变化时,机构的运动形式十分复杂。