折纸机构折叠过程不共点折痕的位置分析

针对多顶点折纸中不共点折痕这一种典型折痕分布在折叠过程中空间位置的复杂变化,以及对 折纸机构刚性折叠特性所产生的影响,提出了一种通过分解折痕运动确定折痕空间位置并判断折纸机构刚 性折叠特性的方法。 该方法首先通过构造原折痕的平行折痕把各不共点折痕汇交于同一顶点,根据共点折 痕的旋转运动确定平行折痕位置变化;然后根据中心多边形确定旋转后平行折痕的平移方向和距离;最后确 定不共点折痕变换后的空间位置,并根据折叠平面的变形确定折纸机构的刚性折叠特性。 通过具体参数对 三顶点折纸折痕空间位置变化进行验证分析,结果表明:这种分析方法不仅简化了多顶点折纸中不共点折痕 位置的计算过程,也为确定折纸机构不可折叠时折叠平面的变形形式做了铺垫。     

刚性折纸机构的运动学分析及其可折叠条件

针对折纸机构中刚性折纸机构的运动学特性和刚性折叠条件展开分析,提出了折纸机构能折叠不代表一定能够刚性折叠,核心问题是要找到刚性约束;对于多边形折纸机构,其中心的多边形可以视为公共转轴,实现刚性折叠的约束条件即公共转轴连接相邻顶点的两端运动必须协调一致,主要使用了球面几何学、三角函数等数理方法;通过对单顶点四折痕机构的运...     

多顶点三角形刚性折纸自由度分析

针对多顶点折纸机构自由度分析困难问题,提出了在多顶点折纸机构的自由度分析中,利用邻接矩阵分析刚性折纸自由度的方法;用邻接矩阵表示顶点之间的连接关系,通过引入消元矩阵,用矩阵乘法描述了确定运动状态的过程;通过计算顶点对应的行元素之和来确定约束的个数,避免了交叉折痕顶点自由度的计算误差;以分析单顶点4折痕折纸图案自由度为基础,拓扑到分析多顶点三角形刚性折纸图案自由度;最后,通过软件仿真验算刚性折纸图案自由度计算结果的正确性。     

基于旋量分析的4-PaUS/PPPU并联机构设计与性能仿真

由于并联机器人的多环结构能有效解决串联机器人在高精度加工领域精度低，刚性差，响应慢等问题，因此通过旋量法设计了一种新型4-PaUS/PPPU的2R3T并联构型，利用旋量理论分析了该机构的自由度，给出了机构的逆运动学逆解解析式。由运动/力传递性能分析结果可知，在工作空间内并联机构ITI值在0.7以上，运动/力传递性能良好。     

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...     

双体船收放机构优化设计与运动学分析

为提高双体船的空间利用率,使其便于存放、运输和投放作业,设计一种基于平面连杆机构构成的可折叠收放机构。以收放过程中船体角位移最小为优化目标,连杆机构成立条件及尺寸设计要求为约束条件,建立收放机构尺寸优化模型。利用闭环矢量法,分析优化后机构收放过程的运动学变化规律。结果表明,该机构可实现双体船的收起与展开功能;尺寸优化后,浮筒最大角位移幅值降低了79%,收放过程更平稳,并且冲击较小。     

3-R(US&SPU)可折叠并联机构的运动学研究

本研究将可展机构的概念引入并联机构,提出一种新型的3-R(US&SPU)可折叠并联机构。首先,利用螺旋理论分析了该并联机构的自由度。其次,建立机构位置运动学模型,推导出运动学逆解的解析表达式;同时,通过建立6个运动方程结合数值方法,得到运动正解的求解方法,进而建立速度雅可比矩阵。最后,通过运动学仿真,验证理论计算的正确性。该机构巧妙地利用结构特点实现了折叠性能,在一定程度上为并联机构占用空间大的劣势提供了一个好的解决方案,具有较好的工程应用前景。     

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。     

新型平面可控装载机构运动学建模与分析

应用多自由度可控机构理论设计的新型可控机构式装载机,其结构中含有多个闭环和回路,为了获得此类可控装载机构运动学输入与输出之间的关系及规律,针对其多闭环、多回路的结构特点,采用矢量投影法建立机构运动学模型,求出位置、速度、加速度解,再对其进行运动学仿真分析,通过算例和运动学仿真分析的数据对比,验证了运动学模型的正确性,同时仿真结果还表明：该机构在举升过程中,两主动件的角位移变化范围在20°内,运动范围较小,两主动杆角速度变化范围分别为3°/s和9°/s,角加速度变化范围分别为0.8°/s2和1.7°/s2,变化范围小且曲线较为平缓,说明该机构可以平稳地完成举升工作。通过对新型可控机构式装载机建立运动学模型和仿真分析,可以得到该装载机的输出运动规律,并为后续的控制系统设计工作提供基础。     

基于旋量理论的Stanford臂的运动学分析

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H方法更加简化.以一种常见的开链机器人Stanford臂为例,利用运动旋量和指数积等数学工具建立了运动学方程,求出了雅可比矩阵,为建立其动力学方程、控制方法及运动规划做了必要的准备.     

基于Simulink的偏置式曲柄滑块机构运动仿真

针对偏置式曲柄滑块机构,建立了速度和加速度的闭环矢量方程,使用Simulink对偏置式曲柄滑块机构进行了运动学仿真,得到了连杆及滑块的运动曲线．使用这种方法可以方便的观察到机构运动特性的变化,为后续的动力学分析提供了基础．     

一种新型SCARA机器人运动学分析及仿真

针对传统SCARA机器人末端操作的局限性问题,设计了一种新型SCARA机器人,通过改进SCARA机器人末端结构来增强传统机构的灵巧性。应用旋量理论建立了运动学模型,并进行了正运动学求解,得到各关节运动与末端位置的关系。根据杆长条件和关节运动范围,求解了机器人的工作空间。最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,探究该新型机构在特定运动区域内的工作路径,并将其可达空间与传统SCARA机器人对比,证明了该机器人可增强传统机构的灵巧性,并求得精细操作范围。该机器人可解决多角度操作问题,为工业生产中的复杂作业提供参考。     

机械手夹持机构运动与控制的联合仿真

设计一种基于凸轮运动原理的简易机械手夹持机构,以期将其应用于机械臂的末端夹持装置和管道攀爬机器人的手爪。建立夹持机构的简化三维模型,在ADAMS环境下对其进行运动学与动力学仿真。通过ADAMS／Control接口模块,在Simulink中搭建夹持机构的联合仿真控制系统,利用三闭环PID控制方法进行机械系统与控制系统的联合仿真分析。仿真结果表明,所设计的夹持机构系统具有良好的动态响应和轨迹跟踪特性。     

空间机构运动学建模与分析方法的研究

为了快速高效地建立空间机构运动模型以进行运动学特性分析,运用多体动力学原理,提出了一种计算机符号建模与数值的计算方法.在每根杆件上的运动副处建立笛卡尔直角坐标系,用这些坐标系之间的关联关系来描述空间机构的结构形态,推导了同一杆件上2个坐标系之间的变换关系,得到了杆件形状矩阵.根据运动副的类型和属性,推导了同一运动副处不同杆件上2个坐标系之间的变换关系,得到了运动副约束矩阵.通过在运动链上连续使用变换矩阵,建立了空间机构的数学模型,并用推导的运动方程对时间求导,得到了空间机构的速度和加速度方程.研究表明,由开发的空间机构运动学分析软件,结合空间4杆机构的运动学分析,验证了建模与求解方法的正确性,从而为空间运动机构建模与运动学分析提供了一种有效的方法.     

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...     

一种新型选择顺应性装配机器手臂运动学分析及仿真

针对传统SCARA机器人末端操作的局限性问题,设计了一种新型选择顺应性装配机器手臂(SCARA机器人)。通过改进SCARA机器人末端结构来增强传统机构的灵巧性。应用旋量理论建立了运动学模型,并进行了正运动学求解,得到各关节运动与末端位置的关系。根据杆长条件和关节运动范围,求解了机器人的工作空间。最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,探究该新型机构在特定运动区域内的工作路径,并将其可达空间与传统SCARA机器人对比,证明了该机器人可增强传统机构的灵巧性,并求得精细操作范围。该机器人可解决多角度操作问题,为工业生产中的复杂作业提供参考。     

新型高速重载堆垛机器人运动系统设计

针对高产量铝锭堆垛生产线上高速重载堆垛工况,研究设计一种新型5自由度串并混联机构的堆垛机器人.该机器人本体结构模块采用由并联机构和串联机构闭环运动链组成的运动系统方案.通过对系统有关结构参数化建模、运动学特性的理论分析、运动仿真的虚拟实验及有限元分析,机器人运动系统能够很好的满足堆垛机对自由度、工作空间以及复杂堆垛轨迹的要求,承载力得到大幅度提升,可满足铝锭堆垛高速重载的堆垛要求.     

函数机构设计时相对速度及加速度矩阵的导出

本文对平面连杆函数发生机构解析法设计时的相对速度及加速度矩阵的推导进行了详细讨论，分别用求点的复合运动的观点，刚体运动学的观点，以及求极限的观点推导出了相对速度和相对加速度矩阵，三种方法推导结果一致。本文的工作对用解析法设计连杆函数发生机构时有参考价值。     

空间机构计算机建模与分析方法

为建立空间机构计算机模型分析其运动特性,运用多体动力学原理,提出了一种机构运动学和动力学建模与分析方法。通过在约束运动副处的杆件上建立直角坐标系,建立了描述空间机构结构形态的符号体系。定义了杆件形状矩阵和约束运动矩阵,推导了其表达式。通过在运动链上连续使用变换矩阵,建立了空间机构的运动方程,实现了空间机构的运动分析。基于Hamilton原理,建立了空间机构的动力学方程。提出了通过定义空间3点来定义空间坐标系的方法,推导了杆件形状矩阵的表达式。以铰链约束运动副、球铰约束运动副和直齿圆柱齿轮约束运动副为例,根据其运动特性,分别定义其约束运动矩阵。开发了空间机构通用分析软件,给出了应用实例。     

基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手设计与性能研究

为满足工业上对机器人灵巧手灵巧度高、承载能力强和精度高的要求,提出一种具有2T1R运动类型的仿人并联手指机构,并设计一种基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手.对并联手指机构进行了 自由度、运动学的分析,并用Adams对运动学分析进行了验证;利用机构的约束条件,确定了并联手指机构的工作空间;根据所建立的雅克比矩阵,研究了并联手指机构的奇异性与灵巧性,分析了力的传递性质;建立了灵巧手的抓取模型,分析了灵巧手协调操作的自由度、运动学和空间.通过研究分析,验证了灵巧手可行性与实用性,运动及性能方面可以满足工业生产的需求.