3-SPS/S踝关节并联康复机构控制系统仿真

踝关节是人体下肢关节中较易损伤的部位,针对其结构特点,搭建了基于3-SPS/S的并联康复机构并对其进行运动学反解.进而以3-SPS/S踝关节并联康复机构为研究对象,利用Matlab里的SimMechanics工具箱建立机构仿真平台,给出动平台规划运动轨迹并生成机构驱动杆输入运动信号,对机构模型进行仿真分析并给出3D效果图.结果表明,该方法为并联康复机构控制策略的研究提供了安全高效可视的仿真平台,便于展开针对并联康复机构特点的各种控制策略的研究.     

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.     

并联六坐标测量机的实时运动仿真及分析

以一种6-SPS型六自由度并联机构坐标测量机为研究对象,研究了基于ADAMS的并联六坐标测量机的实时运动仿真,并进行运动学分析. 首先利用UG环境构造机构三维实体模型,然后将数字模型导入到ADAMS平台,在该环境下对其进行实时三维运动过程仿真,从而使并联坐标测量机虚拟样机建模及仿真更为方便、有效,并具有了较高的实时性,为虚拟样机的后续深入开发奠定了基础.     

6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行了研究。建立了一类具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组。基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件编制了基于Mathematica语言的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解。     

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.     

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.     

基于四元数表示法的并联机构姿态奇异研究

基于单位四元数表示并联机构动平台的姿态,推导出当6/6-SPS 型Stewart并联机构动平台处于固定位置时机构姿态奇异轨迹的解析表达式,并通过计算机仿真给出姿态奇异轨迹的三维可视化描述.还探讨了机构动平台的几何外形、动平台和定平台的外接圆半径比、动平台的位置对机构姿态能力的影响.对机构姿态能力的研究为Stewart并联机构的优化设计提供了理论依据.     

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.     

新型3-DOF柔性并联微操作平台的研究

根据杠杆原理设计的新型二级杠杆放大器,在此基础上基于3-PRC并联机构提出一种具有空间解耦的新型三维移动并联柔性微位移放大机构.该机构由三个相同的支链采用正交的方式与动、静平台相连,以压电陶瓷作为驱动装置并内置在二级杠杆放大器中,能够使机构实现微纳米级的运动.通过理论计算和仿真分析对新型二级杠杆放大器和并联柔性微位移放大机构进行了研究,结果表明该机构具有良好的运动解耦性和较高的精度.     

2-CPR/RPU并联机构的构型设计及工作性能分析

针对当前物流领域中货件品类多、人工耗用高等问题,为满足产线快速分拣的需求,提出一种全周自由度的2-CPR/RPU并联机构,以提高物流货件的分拣效率,减少人力时间成本。绘制2-CPR/RPU机构的三维模型,采用螺旋理论对2-CPR/RPU机构自由度进行求解,并根据修正的Grübler-Kutzbach公式进行验证,通过封闭矢量对机构支链进行位置逆解分析,基于逆解表达式求得机构速度Jacobian矩阵,利用代数法分析奇异位形是否存在,编程MATLAB语言求解其符合工作范围的点并绘制出工作空间,最后对机构的承重量进行有限元仿真分析。结果表明：2-CPR/RPU并联机构具有共3个自由度,可实现2T1R型的运动(沿x、z轴的平移和绕x轴的转动);结构尺寸符合要求没有奇异位形,工作空间较大,均匀分布且呈扇形对称,执行平台转动可达60°;2-CPR/RPU并联机构结构简单且运动稳定,工作精度高、载重性能良好,适用于大部分物流包装产线的分拣装箱工作。     

基于人体生物力学的颈椎动力外骨骼的设计与运动学分析

针对神经根型与交感神经型颈椎病,基于颈椎牵引、前屈/后伸、左/右侧屈及旋转运动康复治疗方式,设计了一种基于6-SPS/CS型并联机构的可穿戴式颈椎动力外骨骼.首先,基于人体生物力学进行外骨骼机构设计与颈椎运动分析,采用空间坐标变换方程和闭环矢量法对外骨骼等效并联机构进行运动学逆解分析;其次,利用ADAMS软件对外骨骼等...     

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。     

基于2-UPR/RPS并联机构尺度对工作空间的影响

针对目前并联机构工作空间较小、在生产实际中适应性较差的问题,对2-UPR/RPS机构进行运动分析和工作空间分析.首先,通过螺旋理论求解机构自由度,再利用修正后的Kutzbach-Grübler公式验证2-UPR/RPS并联机构的空间自由度,使用闭环矢量法求解该机构三条支链的运动学逆解,通过改变动静平台大小比例和运动副布置方式,观察对并联机构工作空间的影响.最后,在数学建模软件中对2-UPR/RPS并联机构可达工作空间进行仿真分析.该并联机构在空间中具有两转一移三个自由度,工作空间形状规则,无空洞,无突变.在生产实际中可根据实际情况选择合适的运动副布置方式及机构尺寸,可使该机构在满足实际需求的情况下在具有较大的工作空间.     

6-SPS型并联六坐标测量机位置分析与研究

根据6-SPS并联机构特点,合理地定义了支杆和动平台的方位及位置坐标,研究了6-SPS型并联六坐标测量机运动学正反向求解方法,提出了一种正向数值求解的方法以履正解迭代格式。     

一种新型四自由度非对称并联机构的运动学分析

在分析2-UPU/2-URU并联机构结构特点的基础上,运用封闭法对机构进行了位置分析,并验证了数值特例,利用球坐标搜索法得到影响并联机构工作空间的各种约束条件下的边界点,并通过MATLAB软件绘制工作空间的三维图形,得到约束条件对工作空间的影响规律,说明了其工作空间分布的特点,并进行了奇异分析。该机构是一种过约束机构,本文的研究为该机构工作空间优化设计和机构尺寸设计提供了依据,为该并联机构进一步的研究奠定了基础。     

一种6-SPS并联机器人精度分析算法

通过对 6—SPS型并联机器人位置输入输出方程微分 ,分析并联机器人结构误差对机器人末端误差的影响 .当结构误差和末端误差都是微小量时 ,机器人误差模型为线性数学模型 ,仿真证实该算法可对 6—SPS并联机器人进行精度分析 .