一种新型正交结构6-PPPS并联机构及其运动学解耦性研究

提出一种正交结构六自由度并联机构,建立了运动支链的位置矢量方程,推导出速度正解和反解方程.定义了并联机构的运动解耦,分析了该正交结构六自由度并联机构在不同姿态的运动解耦性能.并联机构运动解耦能够简化其运动学模型,为其运动学标定和控制带来方便.     

3自由度转动广义解耦并联机构构型综合

基于传统解耦并联机构的定义,并结合3自由度转动解耦并联机构的研究现状,提出一种广义解耦的概念。在广义解耦中,对机构的输出参数进行限定,同一输出参数对应的运动可叠加,保证移动解耦或者转动解耦并联机构具有更好的输出特性。根据机构运动与分支运动之间的关系,提出一种新型广义解耦并联机构型综合方法,包括分支运动规划、分支型综合、分支组合三个过程。根据并联机构中的运动副特性,得到分支实现单一轴线方向转动的条件,并基于该转动条件提出一种转动单元的概念。基于广义解耦并联机构的定义,选取一组满足要求的参数作为3自由度转动解耦并联机构的输出参数,利用提出的型综合方法,并结合转动单元的概念,对3自由度转动广义解耦并联机构进行型综合并得到了大量3自由度转动广义解耦并联机构构型,同时验证了广义解耦的概念以及型综合方法的可行性和有效性。该研究为解耦并联机构的型综合提供了理论基础和新的设计方法。     

基于拓扑解耦准则的球面并联机构解耦条件研究

具有输入输出解耦特性的并联机构,由于其易于控制,深受欢迎。基于提出的并联机构拓扑解耦准则,针对一种球面解耦并联机构进行了解耦性分析,给出了该机构更一般的解耦条件;更进一步,基于拓扑解耦准则构造了一种更一般的新型球面解耦并联机构。基于拓扑解耦准则进行并联机构解耦特性分析和型综合的方法,对具有拓扑解耦特性并联机构的创新设计和应用具有深远意义。     

一类一平移两转动解耦并联机构及其位移分析

基于机构结构组成理论 ,揭示了机构运动解耦特性与机构活动度及其判定准则之间的内在联系 ,提出了拓扑解耦并联机构型综合的基本原理 :综合出一类 3自由度并联机构 ,其期望运动输出为一平移两转动 ,非期望运动输出为常量 :机构运动输入输出呈完全解耦关系 ,位置分析相当简单 ,从而显著简化了该类机构的控制与轨迹规划问题。     

一类两转动自由度完全解耦的三支链两转一移并联机构

提出了含恰约束支链两转一移3自由度并联机构(2R1T)两转动自由度完全相互解耦的两个充分条件,设计得到了两转动自由度完全解耦的2R1T并联机构RRU-UUR-RPR和RPU-UPR-RPR,采用螺旋理论对机构自由度性质进行了分析,得到机构两条连续转动轴线的分布。然后建立机构输入位移与位姿输出之间的映射模型,根据转动自由度完全解耦的数学描述,分析得到该机构两转动自由度是完全解耦的。最后比较分析了该类机构与其他两转一移三支链并联机构含有的被动单自由度运动副数目,该类机构含有的被动运动副数目仅为8,易于实现高结构刚度的目标,具有广阔的应用前景。     

一种3自由度组解耦并联机构

并联机构的各支链是运动耦合的,因此多数情况下并不满足传统意义上的耦合概念.提出组解耦的概念,对机构的输入输出解耦性问题进行了研究,拓宽了解耦概念的外延,为控制系统设计的简化奠定了一定的基础.最后提出了一种3自由度并联机构,分析表明该机构的2个平动自由度是组解耦的.     

基于解耦并联角度调整机构分析与研究

针对一种具有运动解耦特性的二自由度并联机构,首先介绍了转动解耦角度调整装置的运动特性。在此基础上,对解耦并联角度调整机构进行了运动学分析,推到了机构的运动学模型包括位置、速度、加速度数学模型。最后使用ADAMS软件对推导的运动学模型进行仿真验证。研究结果表明,解耦的并联角度调整机构具备±0.01o的角度调整能力。     

三自由度解耦并联机器人设计与轨迹规划

由于传统的并联机器人具有高耦合性和难以控制的缺点,所以要研究并联机构的解耦性,而只有结构解耦才是真正的运动解耦,研究了一种三移动自由度解耦并联机器人。首先根据平移运动解耦构型方法设计三移动自由度并联解耦机构,用Pro/E建立三维建模,并进行机构分析,验证解耦特性;然后将三维模型导入Adams中,并简化动力学模型,建立并联机构的虚拟样机;最后采用5次多项式插值函数对机构进行轨迹规划和运动学仿真。结果表明,设计的并联机构是解耦的,轨迹规划方案合理,机构运动学性能良好,对轻型产品的高速搬运有很高的应用价值。     

一种三自由度并联解耦机构的构型与运动学分析

针对一种具有运动解耦特性的三自由度并联机构,首先介绍了平动解耦构型的基本思想,并采用了一种基于运动副的机构构型方法,对机构进行了构型分析。该机构由3个正交分布的支链组成,机构的运动副均为转动副,其动平台在X、Y、Z这3个方向平动解耦。对机构进行了自由度和运动学分析,推导了机构的运动学正/反解、输入/输出的速度和加速度,验证了机构的运动解耦特性。最后,基于机构的运动解耦特性,介绍了该机构在一种新型4-DOF串并联机器人试验样机中的应用。     

一种新型4自由度柔顺并联机构的设计和特性

设计一种新型4自由度精密微动平台,并对其静态和动态特性进行分析。在传统4-RRUR并联机构的基础上,采用替换法设计具有解耦的柔顺并联机构。采用有限元软件ANSYS对机构进行刚度和运动学分析,分析结果表明所设计的平台具有解耦的X和Y方向平动,并能实现4自由度微动。对机构进行灵敏度分析表明该柔顺机构的各个方向的位移灵敏度约为6μm/μm,说明平台灵敏。对机构进行模态分析,从振型可以看出该机构能实现4自由度方向的运动,并分析了在有和无预应力两种情况下的固有频率,两者差值范围为17.2%~52.4%,说明预应力对机构的固有频率有较大影响。     

微操作手自由度的选择

分析了显微操作的动作方式，讨论了微操作手的运动特点，按照位置和姿态的耦合及解耦两种情况，研究了微操作手自由度确定的理论依据。结论表明三维平动并联机构更适于显微操作。     

新型三平移解耦并联机构的综合

以螺旋理论为基础,提出并联机构移动自由度的实现条件,阐述了分支输入副的选择准则,确立了分支运动副的配置原则,进而形成了较为完整的移动解耦并联机构构型综合理论。根据所得综合理论,以工程实际任务要求为例,综合出三移动解耦并联机构的各分支,并选取其中三个分支组合得到一种具有全局各向同性的新移动解耦机型。针对新机构的自由度及位置正反解进行分析,以雅可比矩阵的条件数为目标进行了位形优化,并据此参数开展了样机研制。     

解耦球面转动并联机构的运动分析与验证

详细分析了一种解耦球面转动并联机构的运动特性,利用速度关系证明该机构具有3个完全解耦的转动自由度,并具有工作空间大、刚度均匀一致、误差分布全局各向同性的优点.针对机构约束冗余的不足,进一步提出了避免过约束的改进机型.     

驱动支链完全解耦的可重构踝关节康复并联机构型综合

基于术后6～12周内的前、中、后期踝关节扭伤的康复运动需求,提出具有三种康复运动模式的可重构踝关节康复并联机构。首先,针对胫距关节和距下关节的轴线运动特征,研究踝关节康复运动切换机理和“双心”特性,提出符合踝关节自由度和轴线运动特性的六种融合支链;根据构型约束支链的选取方案,筛选出四种无约束支链。其次,基于旋量理论对六种融合支链进行过约束设计,验证符合实际需求的融合支链;根据传递力旋量与动平台运动轴线关系,提出一种驱动支链完全解耦优化方法,得到三种无约束驱动支链以及十二种机构构型,使得机构在三种康复模式中实现完全解耦。最后,通过ADAMS仿真验证机构的三种运动分支及完全解耦的正确性。可重构踝关节康复机器人依据患者康复需求采取对应康复模式,适用范围广,针对性强,控制简单。     

完全解耦式锻造操作机运动机理与动力学

为了实现锻造操作机升降运动与水平移动之间的解耦,提出了一种从结构组成原理上实现解耦的锻造操作机机构,并对该机构的运动机理和动力学性能进行了研究与实验验证。首先,基于Hoekens四连杆机构介绍了完全解耦式锻造操作机的结构组成原理;运用螺旋理论工具分析了完全解耦式操作机机构的自由度,对其升降运动和水平移动之间的解耦机理进行了剖析。然后,基于虚功原理建立了操作机机构动力学模型,比较分析了该解耦式操作机机构和典型平行连杆式操作机机构在升降运动和锻造加工过程中的受力性能。最后,研制了该新型解耦式操作机的比例实验模型,采用激光跟踪仪测试了钳杆在升降过程中的水平位移变化量。实验结果表明:在升降运动过程中,钳杆在水平方向的位移变化量在1mm之内,基本上验证了该完全解耦式锻造操作机能够实现升降运动与水平移动之间的解耦。     

具有大承载能力的环路解耦两转动并联机构综合方法研究

为解决解耦机构承载能力弱的问题,提出一种具有大承载能力的环路解耦两转动并联机构型综合方法。基于螺旋理论,提出分支传递力螺旋矩阵与输出运动螺旋矩阵的互易积为对角矩阵（主对角线元素全不为零）的机构解耦判别准则,分析机构输出运动螺旋与传递力螺旋之间的关系,确定出驱动螺旋和非驱动螺旋的形式,将上述运动螺旋进行合理的排序和组合得到基础解耦分支。为使解耦机构更好的应用于工业中,提出冗余驱动分支构造方法,在基础解耦分支中添加冗余驱动分支,构造环路,实现环路内反解同步,构造环路之间彼此解耦的环路驱动分支,既不破坏机构的解耦特性又增加了机构的承载能力,综合出环路解耦两转动并联机构。运动学分析和静力学分析表明,所综合出的机构雅可比矩阵为广义对角阵、同一环路内驱动位移同步,并且承载能力强于传统解耦机构,验证了所提出的综合方法的正确性。通过该方法综合出来的机构,在汽车耐久性测试台架方面具有一定的应用前景。     

含有恰约束分支的无耦合两转动并联机构型综合

为提高解耦并联机构的刚度和承载能力,基于分支驱动力螺旋理论提出一种含有恰约束分支的无耦合两转动并联机构型综合系统方法.分析了无耦合两转动并联机构的运动解耦性与分支驱动力之间的关系,确定了分支驱动力螺旋的作用形式;研究了机构输入输出运动之间的映射关系,根据机构雅可比矩阵为对角阵的特点,确定了主动分支的驱动力螺旋和主动运动...     

欠秩三自由度3-UPU并联角台机构运动特性分析

分析了一种欠秩三自由度3-UPU并联角台机构(支链移动副两端转动副相互平行)的运动特性。首先，用反螺旋理论分析了在初始位置和发生位移后该机构的运动特性。其次，得到了在初始位置和发生位移后该机构的主螺旋。研究表明，该机构在不同的位置下有3个连续的移动自由度，即有相同的自由度数目及相同的自由度的性质．因而该机构是一种性能稳定的、适用的机构。通过研究，丰富了欠秩三自由度并联机构的理论。