∏LR&RR球面并联机构动力学分析

针对应用于高速定点转动的雷达天线的∏LRRR二自由度球面并联机构进行了运动学和动力学研究。推导出动平台的2个姿态变量与驱动构件的2个角度变量之间的关系式,即运动学正解。采用拉格朗日法建立了球面并联机构的动力学模型。应用MATLAB软件对动力学模型进行了实例计算,得出了驱动构件和动平台的角度、角速度和角加速度的变化曲线及驱动力矩的变化曲线。结果表明,∏LR支链驱动力矩较大且振幅较大,RR支链驱动力矩较小且变化较平缓。通过对比Solid Works软件运动仿真结果验证了动力学模型的正确性。     

一种六自由度并联机构的动力学模型

提出一种6—PSS定杆长构型的六自由度并联机构,根据运动过程中支撑杆长不变,建立PSS支链的运动学反解方程;利用两端球面副在支撑杆上的速度投影,推导了机构的雅克比矩阵;基于非保守系统下的拉格朗日方程,推导和建立了系统的动力学模型;为系统各运动副以及构件之间的约束力和驱动力的求解奠定了基础。参考原型机模型,采用差商求导的方法,求解系统拉格朗日方程中的多阶偏导,最后结合Matlab对机构的运动学和动力学模型进行数值仿真,并绘制机构的动力学和运动学各参数随时间变化曲线,总结出了该机构的运动学和动力学特征,为进一步研究相关类型并联机构的设计、控制以及性能等具有一定的指导性的意义。     

多种方法分析二自由度球面并联机构位置正反解

分析了球面并联机构的结构特点和应用方向,以二自由度球面并联机构为例,建立其三维模型以及运动学模型,利用螺旋理论给出自由度分析方法,并分别用欧拉角公式、螺旋理论、矢量分析法等多种理论分析二自由度球面并联机构正反解模型,为后续的动力学分析及控制系统开发提供理论基础。     

菠萝采摘混联机构的设计与运动学分析

针对菠萝采摘机构工作空间大、刚度和承载能力高的要求,提出一种由1R2P串联机构和球面2自由度冗余驱动并联机构串联组成的混联构型方案.将混联机构简化为一个5自由度空间开式运动链,采用D-H方法建立运动学方程,得到位置正反解.对球面2自由度冗余驱动并联机构进行尺度设计,得到位置反解.应用ADMAS软件建立虚拟采摘机构模型,进行运动轨迹规划和仿真分析.结果表明,机构各杆件在运动空间范围内约束条件没有发生破坏,杆件之间无结构干涉,运动关节速度和加速度变化平缓,无突变.杆件尺寸参数设计合理,为菠萝采摘设备的研制提供了理论依据.     

基于球面并联机构的换档机械手换档力分析

对基于二自由度非对称直线内副驱动的球面并联机构的换档机械手进行了静力学分析。在建立机构输出力与驱动力之间的映射关系模型的基础上,通过仿真计算得出驱动杆在各档位之间变换时驱动力的变化曲线,分析最大驱动力和外部载荷之间的关系,为实际操作中换档力的控制提供理论方法。     

新型大锻件尺寸在线测量系统的关键技术研究

根据大型锻件制造工艺要求,开发出一套新型的大锻件尺寸测量系统,由球面二自由度并联机构实现激光距离传感器的扫描运动,进行非接触式锻件尺寸测量.建立了基于球面并联机构的测量系统数学模型,根据该模型完成系统的硬件设计和测量软件设计,所得实验结果表明新测量系统可达到较高测量精度.     

3-DOF并联机械腿动力学建模与伺服电机峰值预估

提出了一种结构紧凑、承载能力大、转动解耦性好、运动速度和加速度大的3自由度并联机械腿.为了对其进行驱动参数分析,对机械腿进行了动力学建模,并基于动力学模型进行了伺服电机峰值预估.首先,分析了腿部机构各构件的运动参数,采用Lagrange方程建立了动力学模型,得出了机构驱动力的显式解;接着,在机构动力学模型的基础上,建立了伺服电机驱动转速和驱动力矩的峰值预估模型;最后,通过给定一组结构参数和运动轨迹函数,得出了伺服电机驱动转速和驱动力矩随时间变化曲线,得到了机构的动力学特性,并验证了峰值预估模型的正确性.计算表明,3个伺服电机驱动转速的峰值分别为Nx=19 r/s、Ny=17 r/s、Nw=27 r/s;3个伺服电机驱动力矩的峰值分别为εx=5.8N·m、εy=3.1 N·m、εw=4.4 N·m.     

新型并串联复合机器人KED研究

提出一种由3自由度平动并联机构和放大机构组成的新型并串联复合机器人.从柔性多体系统动力学角度出发,分析了机器人的动力学模型,建立了其动力学方程.运用KED的解题方法,对机器人进行了运动弹性动力学分析,得到了符合实际情况的计算结果.     

新型并串联复合机器人KED研究

提出一种由3自由度平动并联机构和放大机构组成的新型并串联复合机器人。从柔性多体系统动力学角度出发，分析了机器人的动力学模型，建立了其动力学方程。运用KED的解题方法，对机器人进行了运动弹性动力学分析，得到了符合实际情况的计算结果。     

并串联复合机器人的鲁棒控制

针对并联机构具有较高的刚度和精度,但工作空间小的特点,提出一种由3自由度平动并联机构和放大机构相结合的机构,从而组成新型并串联复合机器人。根据拉格朗日方法,建立并串联复合机器人的动力学方程, 并讨论动力学方程的性质。研究并串联复合机器人的鲁棒控制问题,根据动力学的性质在笛卡儿坐标系中设计一种鲁棒控制策略。控制器由两部分组成:一部分为基于标称模型设计的计算力矩控制器,其作用是镇定标称的机器人系统;另一部分为一种基于Lyapunov方法设计的鲁棒控制器,其作用是消除不确定性对跟踪性能的影响。理论分析与仿真结果表明,该控制器对改善并串联复合机器人的轨迹跟踪精度十分有效。     

45°车把转角下前轮驱动自行车机器人的定车运动

针对无配重调节器的自行车机器人在低速下不易平衡的问题,以一种前轮驱动自行车机器人为对象,给出其力学模型及在45°车把转角下定车运动的实现方法。通过车轮转弯半径分析推导出后轮角速度、车架航向角速度与前轮驱动速度、车把转角的关系,采用拉格朗日方程建立系统的力学模型;根据部分反馈线性化原理,将包含车架横滚角的欠驱动子系统线性化,设计出自行车机器人45°车把转角下定车运动的平衡控制器。仿真控制结果表明,合理选择控制参数,控制器可以快速地实现自行车机器人在45°车把转角下的定车运动;样机试验结果进一步证明,控制器可以使自行车机器人在不超过驱动电动机的力矩容限下实现45°车把转角下的定车运动。定车运动的实现从理论和试验两个方面证明,自行车机器人在低速下可以不需要配重调节器,仅依靠车把转动和前轮驱动保持稳定平衡。     

球面三自由度机器人的力矩输入均衡性能分析与设计

对球面三自由度机器人力矩输入均衡性能进行了分析,给出了其机构设计。分析了球面三自由度机器人的输入力矩与输出力矩之间的关系,定义了力矩输入均衡性能评价指标和全域力矩输入均衡性能评价指标。在满足全域性能较好的情况下,应用空间模型技术选取了一组合理的机器人结构尺寸参数,同时考虑加工与装配工艺性,设计了一种球面三自由度机器人,该机器人可用作腰关节、腕关节和精密工作台等。     

步进电机驱动六自由度并联运动平台设计

为了能够在实验室内进行小型仪器元件的六自由度运动模拟和演示,设计了以步进电机驱动滚珠丝杠传动的小型六自由度并联运动平台。通过运动学反解建立了算法公式,应用Matlab仿真,得出了平台运动时各支路长度的变化曲线,验证了求解算法的正确性;运用Kutzbach-Grubler公式分析了电驱动UPU结构形式并联运动平台自由度的计算方法。根据给定参数建立了平台的三维模型,进行了结构协调性检测,并完成了步进电机驱动的六自由度平台的实体结构研制。将Lab VIEW组态软件与Matlab脚本解算程序结合,用于对平台的运动控制。测试结果表明:平台完全可以按照预定轨迹进行空间6个自由度的运动,实现对小型仪器元件的运动模拟。     

一种可重构、部分运动解耦的空间n维平移1维转动并联机构的拓扑及其运动学设计

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,提出了一种动平台可重构的三自由度并联机构RPa3R-R+RSS。对该机构的运动输出特性进行分析,表明该机构动平台能产生空间n维平移1维转动（nT1R,n=2,3）的输出运动且具有部分运动解耦性,通过动平台的重构可赋予动平台的转动绕3个特定转动轴x、y、z输出;计算了机构的自由度和耦合度;基于序单开链的运动学建模原理,建立了该机构动平台绕任意转动轴输出构型下的通用运动学模型;对动平台绕z轴转动输出构型下的运动学进行了分析,包括位置正反解、工作空间形状与大小、动平台转动能力、机构的奇异位形条件,以及机构的速度和加速度计算与仿真分析。     

混联机床并联机构的逆动力学分析

采用Lagrange方法建立了VC80混联机床两自由度并联机构封闭形式的逆动力学模型,并用ADAMS建立的虚拟样机验证了该模型的正确性。对给定的加工轨迹下并联机构所需的驱动力进行了计算和分析,结果表明,该混联机床并联机构的动平台和连杆重力需要的驱动力分量最大,其次是切削力和惯性力,而动平台速度的不同对驱动力的影响较小。
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一种新型四自由度并联机器人运动学特性

提出一种新型四自由度并联机器人机构,命名为2UPU／2SPS11机构,该机构可以实现空间的三维移动和一维转动。采用计算机辅助几何法,建立并联机器人模拟机构,得到动平台位置轨迹,并采用拟合法分析动平台速度、加速度。采用解析法建立机构的位置正反解方程．并基于影响系数法推导速度、加速度方程,对计算机辅助几何法的分析结果进行验证。验证结果表明,计算机辅助几何法研究并联机器人的运动学特性是可行的,值得推广。     

2-UPR-SPR并联机构转轴分析

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。     

基于性能图谱的2自由度RR&PRR解耦球面并联机构承载能力研究

2自由度解耦球面并联机构动平台通过两条支链与静平台连接,第1条支链由两个转动副(R)组成,第2条支链由1个移动副(P)、2个转动副(R)组成。在机构设计无量纲法建立2自由度解耦球面并联机构空间模型的基础上,对该机构的承载能力性能指标进行系统的分析,提出了应用性能指标均值及其波动情况描述机构承载能力性能的新方法,以等值线的形式绘制了该机构的承载能力性能图谱。     

一种利用光纤陀螺测量转轴转矩的方法研究

利用光纤陀螺测速原理,测量转轴的转矩。综述了转矩测量的原理、发展和运用技术。在两截面处用两只光纤陀螺测量两截面的相对转速,通过对相对转速积分,得到两截面的相对转角,进而实现转矩的测量,实现大型机械设备主传动的动力监测。为设备自动化、智能化奠定基础。