并联机构闭环四杆结构研究

研究闭环结构的分类和拓扑描述,闭环四杆结构的组成形式、运动性能及闭环四杆结构在平面并联机构和空间并联机构中的用法,提出了在不同形式下的闭环结构的拓扑描述,为并联机构型数综合及并联机构构型的创新设计提供有效的方法。     

基于平面五杆闭环结构的空间并联机构类型综合与拓扑分析

分析了五杆闭环结构的类型、拓扑描述、组成形式和运动性能 ,重点研究了基于 5R闭环结构与RPRPR闭环结构在空间并联机构中的应用 ,给出了基于五杆闭环结构的空间并联机构的类型综合方法及步骤 ,并综合出了九种空间并联机构的构型。     

并联机构拓扑结构的字符串描述及其应用

在研究并联机构拓扑结构的基础上，提出一种新的并联构型字符串描述方法，对并联机构的支链结构、平台外形、链接方式等进行抽象描述，为并联机床构型设计数字化过程中的并联机构构型的选择、建模、综合等提供并联机构拓扑结构完备、简洁、直观的描述字符串，从而为相关的应用程序间以及人机交互提供数据交互的标准。讨论了这种描述方法在PMT—VPDS中的具体应用。     

一种新型闭环支链冗余并联机构

冗余驱动并联机构因具有更好的刚度和良好的力操作性,已越来越多应用于实际生产中。基于3-RPS并联机构,提出一种支链为五杆闭环结构的冗余型并联机构;通过对闭环支链结构和运动的分析,结合数学推导和Matlab,进一步分析了机构整体运动学性能;并根据运动学结果,分别对比引入冗余支链和未引入冗余支链下机构的工作空间情况。结果表明,引入冗余支链会使机构工作空间有所减小,总体减小量达20%左右,但由于机构刚度增加,在满足工作空间条件下,该机构依旧具有明显优势,也为今后冗余驱动并联机构的研究提供了一种新的构型和理论依据。     

结构解耦6-PSS并联微操作平台的研究与开发

利用并联微操作机构的构型原理，提出了结构解耦6-PSS并联微操作平台新机构，描述了微操作平台的运动学模型、静刚度模型、一体化结构模型、几何误差模型和标定策略，研制了微操作平台样机，给出了其测试结果。研究表明，该并联微操作平台的结构解耦及一体化结构是成功开发的关键，为微操作平台机构构型和结构设计提供了新思路。     

《机械工程学报》英文版2007年第20卷第6期目次、摘要预告

新型5自由度并联机构基于四面体构型的运动学正解分析齐明’郡彦辉’(1.天津大学机械工程学院天津300072; 2.河北工业大学机械工程学院天津300130)摘要:基于四面体构型研究了一种新型5自由度并联机构的运动学正解。该机构适用于多种自由度数需求少于六的任务领域，由动平台、静平台和连接二者的四条无约束主动支链及一条恰约束主动支链组成，其拓扑结构为4一迎S用四。基于四面体的构型性质，分别采用添加附加传感器闭环方法和数值迭代方法求解机构位置正解。比较两种方法可知，前者可自动避免复数增根的出现，并可得到机构位置正解的封闭单…     

含球面四杆闭链的球面并联机构拓扑型综合

基于球面四杆回路提出了含球面四杆闭链的球面并联机构拓扑型综合方法。将球面四杆回路与球面单开链(SOC)作为机构组成的基本单元,通过球面四杆回路与其它球面单开链的组合综合得到球面并联机构。给出了含球面四杆回路的基本单元形式和完整的综合流程,得到了相关拓扑综合结果。     

一种含有闭环支链的5-DOF并联机械臂的动力学建模与分析

提出一种双闭环5-DOF机械臂,该机械臂在((2-UPS)+U)PU构型的基础上增加闭环结构,得到新的拓扑构型2-UPS+((2-UPS)+U)PU,闭环结构的引入使得机构获得更高的承载能力且为拓扑新的构型提供了新思路。应用矢量链法,建立了机构的位置模型;推导了支链驱动速度、支链摆动角速度与运动平台广义速度V_o的映射,建立了机构的独立变量q与运动平台广义速度V_o之间的解耦矩阵;建立了机构支链中的摆动杆、伸缩杆质心速度与运动平台广义速度V_o之间映射,并基于虚功原理建立了机构的动力学模型,将推导的动力学模型变换成具有Lagrange动力学形式的动力学模型;在Adams仿真软件中建立该机构的虚拟样机模型,通过仿真验证了推导的动力学模型的正确性。     

基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型：两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。     

含可重构动平台的新型并联变胞腿机构设计

变胞机构在不同工作阶段会呈现拓扑结构形式不同的运动构态,为便于描述变胞机构各运动构态之间的关系,提出了变胞机构全构态的概念,据此提出了变胞并联机构的构型综合原理,即首先综合出变胞机构的全构态机构,然后由全构态机构经由其约束的增加(或自由度的衰减)演变为某一具体构态机构。构建了基于单自由度空间闭链机构的可重构动平台,据此实现了变胞并联机构的多运动构态切换。根据提出的变胞并联机构构型综合原理,对一种可实现三/四自由度构态切换的新型变胞并联机构进行了构型综合,然后将三重对称Bricard空间闭链机构作为变胞机构的可重构动平台,设计出了一种新型变胞并联腿机构。     

锻造操作机提升机构设计方法

基于螺旋理论并结合工程实际对锻造操作机的构型设计进行系统、深入的研究,构造多种串并联形式的混联结构锻造操作机提升机构构型。这些锻造操作机提升机构的升降和俯仰运动采用平面五杆机构实现,侧移运动采用一种典型DANGO&DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的侧移系统实现,大车前进方向的移动和侧摆由悬挂系统实现。所以这些锻造操作机提升机构解耦性能高,均为实际应用中可以考虑的构型。根据实际工程经验可知,锻造操作机的悬挂系统为由前悬挂部分和后悬挂部分组成的并联机构,前悬挂部分由两根对称的悬挂杆组成,后悬挂部分由单根悬挂杆或两根对称的悬挂杆组成。将悬挂并联机构型综合分为后悬挂部分含单根悬挂杆和两根悬挂杆两种情况进行讨论,采用基于螺旋理论的约束综合法,构型得到了四种悬挂并联机构构型,其中三种构型为无过约束机构,应用前景广泛。     

基于拓扑特征的并联机构拓扑变换

引入拓扑学理论,定义了并联机构的拓扑空间,分析了并联机构的拓扑特征;研究了并联机构的拓扑变换方法,给出了6-PSS并联机构的4种拓扑结构的几何模型,为并联机构构型的研究提供了理论基础和创新方法。     

基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究

建立机构拓扑结构复杂性和位置正解求解难易性的关系,提出按机构耦合度k大小来分类求解并联机构位置正解全部实数解的数值法,可使正解问题求解容易,具体内容包括：对39种不同构型的6-SPS并联机构,按6种基本机型、33种衍生机型的拓扑结构及其耦合度值分为k=0、1、2、3四类,分析得到了动平台边数、支链类型影响耦合度k值大小的规律。对不同k值的并联机构的位置正解求解指明明确的求解方向,即：对k=0的机构可容易地直接求解其解析正解;对k>0的机构,通过虚设k个SPS型支链,使之转化为k=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立k个仅含一个变量的杆长相容性方程,再采用k维搜索法求出实数解。以六自由度球面Stewart机构为例,给出了求解耦合度k=1的任意6-DOF SPS并联机构位置正解全部实数解一维搜索法的具体步骤。这种基于拓扑结构分析的6-SPS并联机构位置正解求解的数值法,求解原理简单,计算量小,且具有一般意义。     

含四杆机构单元的重载转运机器人构型综合

针对用于轴类物料抓取及卸载的重载转运机器人机构形式单一、转运范围局限大等问题,进行了重载转运机器人新构型的研究。首先分析了重载转运机器人机构的结构特点和工作原理,发现含有四杆机构单元的重载转运机器人具有灵活性高、承载能力大等优势,为构型综合和新方案优选提供依据。其次基于图论对只含转动副的平面机构进行构型综合,得到七杆、九杆机构拓扑胚图,利用胚图插点法对拓扑胚图进行插点,建立拓扑图,进而转化成对应的运动链,得到构型图谱。然后根据重载转运机器人机构中的四杆机构单元和功能构件,对拓扑图进行特定化标记,提出重载转运机器人优选条件,分析和优选特定化标记的拓扑图,得到其最佳构型。最后,利用Adams软件对一种优选机构进行仿真分析,结果表明,该机构在平面运动过程中可以同时实现远距离抓取和大范围俯仰运动,从而验证了该机构构型设计的合理性。     

描述变胞机构构态变换的一种新方法及其在构型综合中的应用

通过分析变胞机构的拓扑构态变换过程,提出一种能描述杆件减少过程中任意杆件合并的矩阵表达新方法,此方法不需要进行行列变换就可得到简洁的终态矩阵,且不影响原机构杆件的编号。以此方法为基础,阐述杆件数增加或不变的变胞机构拓扑构态变换的数学描述和实现方法。根据变胞机构构态变化规律和平面机构构型综合的拓扑相关性,提出基于变胞机构拓扑构态变换的数学描述进行平面闭链机构构型综合的新方法,给出单自由度闭链构型综合的实现方法和步骤,并以8杆机构构型综合为例进行应用说明。     

一种典型DDS锻造操作机运动学分析

锻造操作机的运动学分析是实现操作机运动控制的基础,鉴于大部分学者仅对典型DANGO&DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的主运动机构进行运动学分析,对一种典型DDS锻造操作机的整体机构进行运动学分析。该整体机构是由一个平行四杆机构和一个并联机构组成的串并联形式的混联机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算其中并联机构的自由度,计算结果表明并联机构的自由度数多于其主动输入数,所以该并联机构的运动无法直接确定。究其原因是机构中4S闭环的侧摆运动规律不唯一,因此对4S闭环的侧摆运动进行优化分析,利用旋转相似变换得到4S闭环侧摆后其输出件的姿态可用yzy欧拉角描述,从而确定该并联机构的运动。采用yzyy欧拉角描述钳杆的姿态,使得前三个姿态角恰好为4S闭环发生侧摆后其输出件的姿态角,从而很容易地建立该操作机整体机构主动输入与钳杆位姿之间的位置关系。在此基础上对该操作机整体机构进行速度分析,并用ADAMS软件对位置分析和速度分析进行仿真验证。     

3-UPS/PU-XY混联机床的机构设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台组成的混联机床构型,运用螺旋理论分析机构的运动原理,算出了自由度,对机构驱动输入的合理性进行验证。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床的运动学特性分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性,研究表明,具有该结构的机床具有较大的工作空间,实现对大型工件的精密加工。     

基于拓扑优化的3-RPRR类平面全柔性并联机构构型优选

全柔性并联机构的构型参数是影响其刚度和定位精度的重要性能指数。基于同构型全柔性并联原型机构,以几何约束为条件,设计出了3-RPRR类平面全柔性支链。基于构型优选的思想进行拓扑优化,设计出另一结构形式的类平面全柔性支链,进而分别对两种不同支链组成形式的3-RPRR类平面全柔性并联机构进行静力学及模态分析。仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,方案二全柔性支链构成的3-RPRR类平面全柔性并联机构不仅节省材料,且在刚度和抗振性上更优。     

基于神经网络的并联机构方位特征集自动分析算法

基于方位特征集理论(Position and Orientation Characteristic,POC),揭示并联机构拓扑结构分析的理论内涵,建立基于神经网络的并联机构拓扑结构描述方法,提出一种基于神经网络的并联机构拓扑结构自动分析算法。详细说明了并联机构POC集神经网络模型以及模型中对应的6种算法规则,并给出该方法的主要步骤及实例分析。首先,通过对并联机构拓扑结构分析的理论分析,归纳出其本质;其次,基于神经网络理论基础,对并联机构拓扑结构描述数字化表达;此外,通过分析并联机构POC集自动分析的本质内涵,建立并联机构POC集神经网络模型以及提出6种模型算法规则。最后通过实例分析证明了并联机构POC集自动分析算法的正确性和有效性。     

基于方位特征方程的3T-1R并联机构的拓扑结构综合

以SCARA并联机器人的发展为背景,用提出的基于方位特征（POC）方程的并联机构结构综合方法,详述可实现三维平动和一维转动（3T-1R）的并联机构拓扑结构综合的完整过程,给出了13种拓扑结构类型（包括现有的3种SCARA并联机器人构型）及其分类,从中还可进一步衍生出具有实用价值的新机型。基于POC方程的并联机构结构综合方法,每一步都有确定的公式或准则,思路清晰、操作方便。