空间凸轮驱动的单自由度PRS型并联机构及其设计

提出一种用直动从动件空间凸轮驱动的PRS型并联机构,应用一套齿轮传动系统使各分支联动,构成单自由度并联机构。通过设计各分支的运动周期,可使机构在一个很长的公共周期内实现特定的运动。另外,可通过改变分支的相位,实现动平台的随机任意空间运动,模拟一种多自由度并联机构的模糊控制效果。给出了系统的结构简图及相关参数设计的公式,讨论了设计参数对动平台运动输出的影响,并给出了应用实例。     

两层两环空间耦合链机构自由度分析原理

自由度分析是机构构型综合、运动学和动力学研究的基础。过去的几十年,国内外学者主要对空间并联机构自由度分析开展了研究。研究比空间并联机构更加复杂的两层两环空间耦合链机构的自由度分析原理。通过推导两层两环空间耦合链机构的运动螺旋方程,建立耦合链带来的耦合关系的数学模型。基于运动螺旋方程,建立空间耦合机构中刚性子结构的判别方法和自由度分析原理。利用两层两环空间耦合链机构的等效子并联机构的分支运动螺旋系线性组合的特点可以实现自由度性质分析。两个典型的例子被用来说明提出方法的有效性。     

空间机械臂协调操作的容错空间与容错规划算法研究

针对两空间机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先给出了空间机械臂容错空间的计算方法,并构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标。然后基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。该算法可以同时实现故障时刻和故障后的容错操作;最后,利用两空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性     

2-PSS&PPU并联微动机器人的工作空间分析

提出一种2-PSSPPU并联微动机器人机构。利用螺旋理论分析了该机构末端执行器的自由度,并推导出其工作空间理论范围。最后通过一个完整算例,基于MATLAB软件搜索机构工作台的运动边界,从而计算出机构工作空间,证明理论推导的正确性。在进一步的分析中,可以确定当限制某个驱动杆件长度时,可以对工作空间产生影响,为该机构的运动学和动力学分析奠定了基础。     

6-UPRRU S折叠式并联机构及其动力学模型

提出一种6-UPRRU S折叠式六自由度并联机构来实时调整卫星相机的位姿以保证相机的成像质量。机构由6个分支组成,每个分支中包含一个由UPR和UR组成的五杆闭环子链,驱动副为移动副。对机构的结构特点进行了分析,以此为基础分析了该机构的自由度,得到了机构运动学反解。利用旋量速度、加速度及闭环子链的运动特性求解广义关节的速度、加速度,建立机构分支中各个杆件的运动学模型。基于虚功原理和机构的运动学模型,利用旋量表示的牛顿-欧拉公式建立该机构的动力学模型。分析了折叠机构的关键结构参数对机构的运动学、动力学性能的影响,采用动力学仿真软件验证了理论模型,为机构在空间相机的位姿调整、跟踪中的应用提供了理论依据。     

凸轮连杆组合机构驱动的四足仿生马机器人运动仿真研究

提出了一种仿生马构型的四足步行机器人,以用于马术辅助治疗。其单腿系统利用凸轮连杆组合机构驱动,具有两个驱动自由度,能够实现足端轨迹跨距与高度的调整。论述了凸轮连杆组合机构驱动的仿生马机器人结构与工作原理,开展了机器人的运动仿真研究。利用Solid Works软件建立机器人模型,并导入到Adams软件中进行动力学仿真分析。通过运动规划给定电机驱动函数,实现了仿生马机器人的行走运动。进一步分析得到了机器人在抬腿和落地运动过程中,足端与地面之间的接触力变化规律及相应的运动轨迹变化趋势。针对仿生马机器人运动仿真中整体出现的跳动现象,提出了采用电机变驱动规律以改良跳动的措施。研究结果为该类机器人参数的优化设计及实用化提供了理论支持。     

两机械臂协调操作的容错运动规划

针对两机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先,建立了两机械臂协调操作的运动学方程,给出了容错空间的计算步骤。然后,构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标,并基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。利用该算法可以确定被持物体的最优初始位置,从而同时实现故障时刻和故障后的容错操作。最后,利用两面积3R机械臂的仿真实例证明了其有效性。     

基于惯性冲击原理的3DOF微小型机器人系统

提出一种由4组压电陶瓷驱动器驱动的微小型移动机器人系统.基于惯性冲击原理,4组压电陶瓷驱动器在不同形式锯齿波电压的驱动下,能够实现机器人2个平动运动自由度和一个旋转运动自由度.基于DDS波形发生原理,为机器人设计了由C8051F040高速单片处理器、FPGA和功率放大器所构成的机器人驱动控制系统.机器人运动性能测试试验表明,提出的微小型移动机器人统具有亚毫米级的运动速度和亚微米级的运动分辨力,可以作为微操作系统中的移动式精密定位机构.     

超欠驱动仿生机械手的机构设计与实验研究

利用多自由度差动驱动原理,设计了5自由度差动驱动系统用于驱动手指5个分支的运动.应用欠驱动原理,通过在各关节处设置弹簧,约束各分支关节的运动;同时手指关节之间用片簧连接实现铰链和恢复弹簧的两种功能,构成弹性铰.在对传动机构进行分析的基础上,设计了常开状态的仿生机械手,对仿生机械手进行三维造型和模型制作,并对其进行了抓取等实验研究.研究表明,设计的仿生机械手仅由一个原动力便可驱动手的15个关节差动运动,具有对抓取物体的自适应性.     

压电驱动柔性铰链机构传动实现超精密定位

简单介绍压电元件和柔性铰链的概念与特点。列举压电元件与柔性铰链机构结构实现超精密定位的典型例子，包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑，提出单驱动多自由度运动机构。应用蠕动式的运动原理可合成机构上的多自由度运动，并实现大行程运动。设计了对称结构的柔性铰链机构实现导向功能。制造和装配了微小型平面工作台。     

基于容错性能的冗余度机器人结构综合

构造退化条件数和容错空间影响因子两个容错性能指标,前者反映了某一故障时刻退化机器人的操作能力,后者反映了该故障时刻退化机器人相对工作空间的大小,它们可分别用来衡量机器人在故障时刻和故障后的容错操作能力。基于这两个指标,提出冗余度机器人结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机器人具有最佳容错操作性能的臂长参数。给出平面3R和空间4R机器人的仿真实例,并就容错操作性能对各臂长的敏感度进行了分析。研究结果表明,机器人的容错操作性能对不与故障关节相连或只与一个故障关节相连的臂长具有较高的敏感度,在调节臂长时,应优先考虑这些臂长。另外,与平面机器人不同,空间机器人的这两个容错指标并不存在着很有规律的对应关系,相互的冲突也不那么明显,这说明使他们同步最优的可能性更大。     

空间4R机械臂容错空间的分析

针对一个空间4R机械臂的不同关节发生锁定故障时的容错空间问题进行研究。首先给出了冗余度机械臂的容错运动规划算法,然后给出了空间4R机械臂容错空间的计算方法,分析了影响容错空间的因素,并提出了几种新的结构;最后,在仿真中对一个4R空间机械臂进行分析并给出了容错空间的三维模型。     

五自由度3D打印并联机器人设计及分析

为实现多向3D打印,设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人,该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度,其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型,计算了该机器人机构的运动学反解,分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵,在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性,并进行了运动仿真分析。研究结果表明,所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间,该机器人在工作空间内存在奇异位置,通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置,并且具有良好的灵巧性,适合多向3D打印。     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

考虑力传递性能的力觉反馈手控器的优化设计

对机构力传递性能进行研究,并提出力传递能力概念。建立一种综合机构工作空间、运动学性能和力传递性能的多目标优化函数,并应用于一种三平动自由度的手控器机构优化设计。对机构优化结果进行工作空间、机构雅可比条件数和力传递性能分析,确定基本结构参数和动力驱动参数,进一步完成样机制作。优化和研制过程为高性能手控器的研制提供了参考。     

平面闭链五杆机构柔性工作空间的研究

工作空间的研究是平面闭链机器人的基本问题之一。应用隐函数定理,推导出平面闭链五杆机构柔性工作空间边界的条件,即输出杆与相连的连架杆重合或拉直,以及另一连架杆与相连的连杆重合或拉直。然后利用两个开链二杆的工作空间的交集和四杆机构连架杆的转动范围,分析平面闭链五杆机构满足工作空间边界条件的边界曲线的构成。在此基础上建立相应的数学模型,提出平面闭链五杆机构的工作空间求解算法。最后,通过算例验证了数学模型的正确。     

一类三平移3-RRC并联机构的运动学

介绍了一类具有三平移的3-RRC并联机构,并对该机构的自由度、位置正逆解、工作空间、奇异位形进行分析计算;利用基于螺旋理论(反螺旋)的自由度分析原理结合动平台约束分布给出了机构在任一位形下的自由度,并获得了运动奇异产生的几何条件;给出了位置分析的逆解析解,导出了位置正解的公式,并给出具体求解步骤;利用有逆解的充分必要条件推导出了工作空间;对主动件锁住后形成的新机构进行自由度分析从而得到约束奇异产生的几何条件。     

Gough-Stewart平台机构的普适工作空间及其几何求解

针对大型光学望远镜副镜位姿调节机构设计,为了实现不同Gough-Stewart平台机构的性能比较,提出普适工作空间的概念,并给出其几何求解方法。普适工作空间是以杆长为限定条件时,动平台在36个特定方向上运动范围的交集。普适工作空间具备的优点表现在无需降维描述,外形为简单规则的旋转体、采用几何方法直接求解空间边界、计算结果唯一。经算例验证,不同结构参数的Gough-Stewart平台机构都能求解出形状相似、规则、简单的普适工作空间,使得同一性能指标在该空间内具有可比性,为Gough-Stewart平台机构进一步的优化设计提供了参考依据。