一种新型混联手术机器人的运动学分析

根据手术机器人手术操作空间和运动特性要求,提出一种具有冗余8自由度的新型混联手术机器人结构.该混联结构由SCARA(PRR)串联机构和一个2自由度并联转动机构相结合而成.通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,解决了该机器人逆运动学解析解的问题,得到了运动学特征方程;运用蒙特卡洛法求解出机器人的工作空间云点区域分布,得到了由随机点构成的手术工作空间.理论分析和实际仿真结果表明该机器人结构具有良好的运动特性,并满足实际手术动作的工作空间要求,为手术机器人的详细结构设计提供了可靠的理论依据.     

基于Stewart平台虚轴机床运动学研究

以Stewart平台机构为基础 ,将 6杆 6自由度的Stewart平台机构演变成 3杆 3自由度的Stewart平台的简化形式 ,并将该机构与机床结构相结合 ,建立了 3自由度虚轴机床的结构模型。运用机构运动学与数学理论 ,建立了虚轴机床运动学方程 ,分析了机构结构参数对机床作业空间的影响 ,并通过计算机仿真画出了各影响因素与作业空间的关系曲线。对虚轴机床的活动平台在空间运动时关节摆角的变化规律进行了研究。为了从理论上进一步验证虚轴机床作业空间的分析结果 ,运用Matlab软件对虚轴机床的作业空间进行了计算仿真。从而 ,确定了该虚轴机床在空间中X、Y、Z三个方向的运动范围。为在机床领域合理利用机器人技术作了基础研究工作。     

基于螺旋理论的3-RRR并联机构设计与仿真

基于螺旋理论分析了一种3-RRR并联机构的自由度和构型.通过分析动平台和各分支机构的约束螺旋系,构造3-RRR串联分支,运用修正Crübler-Kutabath公式计算出其自由度满足3个转动自由度.基于虚拟样机技术建立3-RRR并联机构虚拟仿真模型,进行正向运动学仿真和工作空间分析,从而找到该机构存在的缺陷,为少自由度并联机构运动学和动力学分析提供保证.     

并联式髋关节康复机构设计及分析

在分析人体髋关节的结构特点和运动机制的基础上,提出采用一种3-UPU空间并联结构来设计髋关节的康复机构。基于旋量理论,对该机构的自由度进行了计算,同时对该机构动平台的位置和速度进行了分析和计算。该并联机构具有3个转动自由度且满足转动轴线交于一点,可用于实现髋关节3个转动自由度的康复训练。该分析为下一步的机构奇异分析和运动空间分析打下了基础,同时为并联机构的研究提供了新的思路。     

3-PRRU并联机构自由度分析

3-PRRU并联机构具有2个转动和1个移动自由度,是少自由度并联机构中的一个重要分支,具有较大的应用潜力。运用几何代数对3-PRRU并联机构进行自由度分析。首先用几何代数表示了分支和动平台的运动空间;然后通过对分支运动空间求交得到动平台的运动空间,该运动空间的基给出了3-PRRU并联机构自由度的符号表达式。使用几何代数方法所得结果具有几何直观性,且不需要对机构进行约束分析,运算更为简捷。     

一种5轴混联铣床运动学的矢量法分析

介绍一种由3自由度并联机构和2自由度串联机构组成的5轴混联铣床.采用矢量分析的方法,引入单位矩阵和四元素向量对运动学分析中的高阶转换矩阵进行降阶处理,实现机构输入参数与机构独立运动参数之间的矩阵转化,解决了机构运动参数耦合的问题;详细推导出铣床的并联部分驱动输入速度、加速度与机构动平台输出速度、加速度之间的数学关系,借助于运动学仿真分析软件验证了算法的正确性.该算法对于具有运动参数耦合的并联机构或混联机构的运动学分析、动力学分析以及机构的运动控制具有一定的参考价值.     

一种新型并联运动振动筛主机构及其运动学分析

提出并设计了一种新型空间3自由度并联运动振动筛主机构,该机构的运动平台具有1个移动自由度和2个转动自由度,适合于物料筛分运动;建立了该机构的运动学正逆解数学模型,并建立了运动仿真模型,为今后对该并联运动振动筛进行尺度设计及运动控制等工作奠定了基础.     

7自由度虚拟轴串并联机床概念设计

在基于6杆虚拟轴运动原理的复杂刀具曲面成型技术研究的基础上,将3杆并联机构进行扩展,获得了5自由度主轴头,进而构思了基于虚拟轴运动原理的7自由度串并联专用机床结构,并分析了该机构动平台的运动位姿及连杆的运动误差.该结构适当增加了绕机构中心的自由回转,所以极大地扩大了主轴工作空间,弥补了并联机构工作空间小的不足,提高了主轴头的灵活性.     

基于二维搜索的Stewart平台工作空间分析方法

为了在不影响分析精度的前提下,减小利用空间搜索法进行Stewart平台工作空间分析过程中的计算量,提出一种利用Newton Raphson方法对Stewart平台单自由度运动范围进行求解的数值方法.将该方法应用在Stewart平台工作空间的研究中,实现了利用二维空间搜索法对工作空间的分析,与传统空间搜索方法相比,减小了搜索维数和计算量.通过算例证明,二维空间搜索法能够快速准确地计算出Stewart平台在不同位姿下的工作空间,利用二维空间搜索法可以对工作空间的其他子空间进行分析,并且该方法还可以应用在其他形式并联机构的工作空间分析中.     

Stewart型并联机床直线插补步长的研究

为了提高Stewart型并联机床运动学精度,文章研究并联机床末端运动轨迹的直线插补步长和非线性插补误差的关系.提出了采用曲率法度量非线性运动误差和插补步长之间的关系,基于以上方法,建立了度量并联机床非线性强度的曲率模型.通过数值仿真的方法,得出并联机床工作空间内非线性误差的分布规律,并得出整个机床工作空间内的最大曲率为0.0016.利用以上结论,在满足插补精度的前提下,选取较大的直线插补步长,提高了并联机床的加工效率.     

三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解

考虑到串联结构的六自由度位姿仪在对被测物体进行位姿综合测量时存在的误差累积，影响测量精度，提出并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端来实现被测物体六个自由度的综合测量。通过机构综合来克服并联机构正解困难，经推导得出被测物体姿态的显式解，从而缩短了计算时间，大大提高了测量效率。测量精度分析为三自由度并联结构姿态测量机构设计奠定了基础。     

并联机器人设计理论及其关键应用技术研究

并联机器人采用了一种“知识密集”型并联机构,国际上公认并联机构的设计是较困难的热点问题．本文论述了国内外有关并联机器人研究的现状,讨论了并联机器人设计理论和创新方法以及在六维力传感器、六维鼠标、六自由度并联微操作机器人、五轴并联机床等方面的应用．本文对并联机器人研究有重要的理论与实际意义．     

自由曲面模具磁力研磨的试验研究

基于三杆五自由度并联机床进行了对自由曲面模具磁力研磨的试验研究.实验分析了利用球型磨头对工件磁力研磨时,磁场强度、研磨间隙、磨粒粒度等因素对自由曲面模具表面研磨质量的影响.利用五自由度并联机床不仅可以去除自由曲面模具表面的切削残留痕迹,降低模具的表面粗糙度,还解决了传统手工研磨方式所引起的工件研磨质量不一致的缺陷.拓宽了三杆五自由度并联机床的应用范围.     

Type Synthesis Method for the Translational Decoupled Parallel Mechanism Based on Screw Theory

Coupling is the significant characteristic of parallel mechanism, while it is just the coupling that brings about much difficulty for the configuration design, theoretical analysis and the development of the control system of the parallel mechanism. And recently, the research on the deeoupled parallel mechanism becomes one of the research hot points in the mechanism fields. In this paper, a type synthesis method for the translational decoupled parallel mechanism （TDPM） is proposed based on the screw theory. To achieve the decoupling characteristics of the translational parallel mechanism, the translational decoupled criterion for type synthesis of the branches are presented in this paper. According to this criterion and the realization conditions of rotational degree of freedom of the mechanism proposed former, a large number of branches for the TDPM are obtained. Taking the three degrees of freedom （DOFs） TDPM as an example, the process of type synthesis is discussed in detail. Using this proposed type synthesis method, a serial of translational decoupled parallel mechanisms, including but not limited to all the existing typical 3-DOF TDPMs, are obtained, which identifies the correctness and effective of the method. The contents of this paper provide a reference and possess significant theoretical meanings for the synthesis and development of the novel decoupled parallel mechanisms.     

三自由度并联姿态测量机构误差建模

提出了并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端可实现对被测物体六自由度位姿综合测量，通过机构分析得出了被测物体姿态的显式解。对三自由度并联姿态测量机构的测量误差进行建模，姿态角的测量误差以显式给出，测量时各位姿下的测量误差可实时显示，为机构设计参数的优化奠定了基础。     

Novel 3-DOF micro translational parallel manipulator

Aiming at the active vibration control for a CPU crystal oscillator in electronic equipments, a novel 3-DOF (degree of freedom) micro translational parallel manipulator with linear driving and six passive joints is presented. It possesses the dimension of 75mm×67mm×25mm, and performs 3-DOF translational motions at 50Hz within a space of (±2mm)×(±2mm)×(±2mm). Finally a computational simulation validates the novel design. Its configuration is chiefly characterized by a constant Jacobian matrix between input and output, which facilitates the implementation of real-time control. It can be used not only for active vibration control, but also for industrial robots, precision machineries, optical testing platforms and the design of parallel machine tools.     

Stewart平台结构设计

介绍了用倒置的Ｓｔｅｗａｒｔ平台机构设计的并联机床动平台的结构设计,实际应用证明,所设计的动平台既简便了加工,又能保证精度,并能满足并联机床最大工作空间的要求。     

Inverse dynamics and servomotor parameter estimation of a 2-DOF spherical parallel mechanism

A novel reconfigurable 5-DOF hybrid manipulator—TriVariant-B is composed of a 2-DOF spherical parallel mechanism which is serially connected with a 3-DOF open-loop kinematic chain undergoing one translation and two rotations by a prismatic joint. The merit of this design is that a relatively large workspace/limb-stroke ratio can be achieved thanks to the decomposition of the fixed point rotation and the relative translation. In this paper, on the basis of inverse dynamic formulation of the 2-DOF spherical parallel mechanism, an approach is proposed for estimating the servomotor parameters including moment of inertia, rated speed and the maximum torque in a quick manner. The approach has been employed for the development of a prototype for frame cutting process. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50535010 and 50510488)     

空间转动型3-SPS/S并联机器人的构型设计分析

根据盾构管片安装机器人拼装隧道管片时位姿调整的需要,运用系统枚举法构造了空间纯转动型3-SPS/S并联机构作为管片安装机器人的位姿调整机构,在对该机构进行位置、速度求解的基础上建立了机构的雅可比矩阵,提出并采用可操作度指标对机构的运动特性进行了分析研究。结果表明,该三维转动型并联机构能够实现管片姿态调整的运动要求,具有良好的可操纵性。