一种新型组合驱动器的精度分析

基于一种二自由度七杆机构的新型组合驱动器,分析了机构在两输入不同步时对输出结果的影响,同时由于机构存在杆长的制造和装配误差,会对组合驱动器的合成输出运动产生一定的影响,分析了各个杆长的误差影响系数,就为机构设计、制造时的公差的设计提供依据,对组合驱动器的输入和制造误差进行控制,以此保证驱动器的精度要求。     

识别平面多杆混合驱动机构的元桁架消去法

对于平面2自由度九杆机构,混合驱动机构的识别是其研究与应用的难点.文中提出了一种基于消去元桁架的混合驱动机构判断方法.先确定一个原动件,然后通过消去元桁架得到原动件组合,在此基础上根据连架杆和非连架杆判断准则确定混合驱动机构.以七杆机构为实例,验证了该方法的有效性.最后将该方法运用于平面九杆机构,以机构的3种自由度类型为基础,考虑连架杆输出和非连架杆输出两种情况,分别得到10种和33种混合驱动机构,为平面九杆混合驱动机构的分析与设计打下了基础.     

平面运动链类型综合的基杆构形树法

在对平面机构闭式运动链结构组成进行研究后,提出运动链类型综合的基杆构形树法。首先,针对给定的构件数与自由度,基于缩杆邻接矩阵综合出运动链连杆序列、缩杆序列、构件度序列以及基杆联结度序列等恒量序列。然后,归纳出基于缩杆邻接矩阵对运动链进行类型综合的方法与步骤,定义了基杆构形树,并用基杆构形树综合出运动链的基杆构形矩阵,进一步研究了综合运动链联结矩阵的缩杆匹配方法。由于基杆构形树法在综合过程中按杆的级别、运动副数目以及联结关系等结构不变量将运动链进行了分类细化,因此综合规律性强、效率高,有利于减少后续刚性子链消除与运动链同构识别的计算量,尤其适合于多杆多自由度平面机构闭式运动链的计算机自动综合,并在12杆以下平面机构闭式运动链的类型综合中得到成功的应用。同时,以10杆单自由度机构运动链的类型综合为例进行了实例分析。     

具有双向约束作用的开式共线杆系对平面运动链自由度计算的影响

这里的分析及研究充分表明：平面机构结构分析中采用的自由度常规计算公式并不适用于含具有双向约束作用的开式共线杆系的特殊平面运动链,作者在对一系列特殊平面运动链进行几何分析的基础上提出,以等价单杆置换具有双向约束作用的开式共线杆系即可将自由度常规计算公式推广应用于含具有双向约束作用的开式公线杆系的特殊平面运动链。     

平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更研究

针对平面闭链机构运动特性集成的问题,对闭链机构的设计过程、闭链机构运动链数目综合过程、缩杆邻接矩阵表示、去同构链、去呆链等方面进行了研究,以此获得了各杆件不同自由度的缩杆邻接矩阵数目表。通过对各缩杆邻接矩阵的比较,提出了少杆与多杆机构局部同构的识别方法,建立了平面闭链少杆机构向多杆机构的过渡过程,在此基础上给出了平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更过程。最后,运用平面闭链机构缩杆邻接矩阵变更方法对现有的飞剪机构进行了改进,验证了该变更过程的可行性。研究结果表明:平面闭链多杆机构可以由少杆机构添加若干杆件及运动副获得。     

关于重新建立空间机构自由度计算公式的探索

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束的理论出发,对机构学的自由度计算公式重新进行了研究。研究结果表明:只要对平面、球面机构自由度的计算公式稍加变化,就可得到空间机构求自由度的新公式,利用这个新公式,既可以求空间机构的自由度,又可以求平面、多环、空间开式链、混合链等机构的自由度。比传统公式使用方便,在形式和内容上都有实际意义,从而为空间机构自由度的计算提供了可靠的理论计算式。     

混合驱动平面两自由度七杆机构最优运动规划

详细地分析了混合驱动平面两自由度七杆机构输入与输出运动之间的关系，并在此基础之上提出了闭链机构节点空间内运动规划的步骤与方法。基于改进遗传算法，提出了在闭链机构关节空间内处理具有运动学、动力学约束的最优运动规划问题的新策略。给出了算例并进行了仿真研究。     

一种新型轴/径向伸缩式轮胎成形鼓机构自由度分析

针对一种用于子午线轮胎成形的新型轴/径向伸缩成形鼓机构,应用叠加原理,将成形鼓机构以自由度相等的基本驱动单元进行拆分。通过进一步对驱动单元进行结构分解,得到平面六杆机构及三杆四副支链等基本运动链。运用螺旋理论,对各简单平面机构及支链进行局部自由度、虚约束及公共约束的判定,分别计算其自由度;并依据广义运动副替代原则,得到多个子链组合而成的复杂多环路机构的自由度。通过对成形鼓机构的结构分解,得到了机构自由度数并对其性质进行了判定。     

平面二自由度全铰链五杆轨迹机构综合方法的研究

对平面二自由度五杆机构的位姿形式及位置逆解进行分析之后,提出了用二自由度辅助机构进行全铰链五杆轨迹机构综合的方法。该方法先将平面二自由度全链五杆机构看成由两个开链二杆机构组成的机构。然后按照给定要实现的轨迹,用二自由度辅助机构分别综合出两个开链二杆机构。最后再将综合出的两个开链二杆机构组合成全链五杆机构。按照此种方法综合出的全铰链五杆机构可精确地实现给定的轨迹,配以合适的驱动方式可进行异形边界及系列边界的加工,本文的研究为特殊类型边界的加工提供了手段。     

混合驱动七杆飞剪机构的优化设计

二自由度混合驱动机构利用不同性质的电动机(常速电动机和伺服电机)来共同驱动二自由度闭链机构,以得到所需要的输出运动,是介于单自由度传统机构和多自由度全伺服机器人机构之间的一类新型机构,可实现有限柔性。将混合驱动七杆机构型应用于飞剪机构设计,分别对混合驱动五杆机构和上剪刃刀架构件进行优化综合,利用混合驱动能同时实现轨迹与速度同步精确控制的优势,以改善飞剪机构的剪切性能。     

一种新型非对称五自由度混联机器人的尺度综合

提出一种新型非对称五自由度混联机器人,由三自由度1T2R位置型并联机构和二自由度A/C转头串接组成。为保证机器人具有近似面对称的性能,围绕其中的并联机构开展尺度综合研究。通过定义并联机构的参考位形,提出一种凝练独立尺度参数的方法,并定义出可评价工作空间、运动/力传递特性及其面对称程度的运动学性能指标。在此基础上,将机构尺度综合问题归结为一类有约束多目标优化问题,并采用范数理想点法,得到一组可使机构兼具优良的运动/力传递特性及大作业空间/机构占地比的尺度参数,同时运动/力传递特性在全域内具有近似面对称乃至轴对称分布。在相同尺度参数下与Exechon和TriMule机器人的对比分析表明,该机器人具有与二者近似的全域运动学性能。     

基于图谱法的新型运动分岔并联机构型综合

多模式并联机构在航空航天、机械加工、医疗康复等领域均极具应用前景,但目前能够实现多模式的运动分岔并联机构类型较少,绝大多数运动分岔并联机构中含有变自由度性质的RER支链,为此基于图谱法综合了一类新型运动分岔并联机构且机构中含有4类变自由度性质支链与已有的RER支链不同。首先基于图谱法以机构初始位置两瞬时转动自由度线非共面且相互垂直为例对2T1R运动分岔并联机构进行综合,随后将机构含有的URR支链中和定平台相连接的R副轴线方向改变,使其具有2R2T和3R1T两种自由度性质。将改进后的URR支链配置方案应用到部分4自由度和5自由度支链中,提出另外三类变自由度支链,每种类别支链分别有4、12、32种。以机构中含有4类不同变自由度性质的支链为分类依据,综合出四大类同时具有2T1R+2R1T两模式新型运动分岔并联机构,共包括12种子类别;以第4类变自由度支链为例,将其引入到并联机构中,通过图谱法综合出具有3T1R+2R2T两模式新型运动分岔并联机构。     

平面两自由度并联机构运动学标定研究

提出一种平面两自由度并联机构，由运动学分析得出机构的运动学解析解，针对该机构提出了一种运动学标定的新方法。与传统的并联机构运动学标定方法不同，该方法无需测量末端执行装置的全部位置和姿态，只需测量末端执行装置在工作空间内的一系列位移量；通过使用万能工具显微镜作为检测工具，从而无需额外安装位移传感器。建立了使得距离测量误差平方和最小的非线性规划数学模型，并通过MATLAB软件的优化工具箱进行求解。实验证明了该方法的有效性，并得出了机构运动学参数的最优值。实验结果表明，标定后机构精度明显提高，标定方法可靠。     

Applications of equivalent components concept on the singularity analysis of TRR–XY hybrid parallel kinematic machine tools

The design of using a parallel kinematic mechanism as a structure of machine tools has several good points compared with the traditional machine tools. However, the problem of singularity is usually encountered during real applications. Therefore, singularity analysis is very essential for using a parallel kinematic mechanism in real machining applications. Screw theory based on the Plücker coordinate system is one of the effective methods for analyzing the singularity of a parallel kinematic mechanism. A TRR–XY five DOF parallel kinematic machine tool that was developed in this research is adopted as an example for investigating the feasibility of this method. A 6×6 matrix calculation is usually required in screw theory for analyzing a six DOF mechanism. For a three DOF mechanism, the analysis using the screw theory becomes more complicated. An equivalent component method is addressed in this research to simplify the singularity analysis for a three DOF mechanism. The effects of differently designed dimensions of machine tools on the singularity are also investigated in this research.     

Structural synthesis of a class of 2R2T hybrid mechanisms

Conventional overconstrained parallel manipulators have been widely studied both in industry and academia, however the structural synthesis of hybrid mechanisms with additional constraints is seldom studied, especially for the four degrees of freedom(DOF) hybrid mechanisms. In order to develop a manipulator with additional constraints, a class of important spatial mechanisms with coupling chains(CCs) whose motion type is two rotations and two translations(2R2T) is presented. Based on screw theory, the combination of different types of limbs which are used to construct parallel mechanisms and coupling chains is proposed. The basic types of the general parallel mechanisms and geometric conditions of the kinematic chains are given using constraint synthesis method. Moreover, the 2R2T motion pattern hybrid mechanisms which are derived by adding coupling chains between different serial kinematic chains(SKCs) of the corresponding parallel mechanisms are presented. According to the constraint analysis of the mechanisms, the movement relationship of the moving platform and the kinematic chains is derived by disassembling the coupling chains. At last, fourteen novel hybrid mechanisms with two or three serial kinematic chains are presented. The proposed novel hybrid mechanisms and construction method enrich the family of the spatial mechanisms and provide an instruction to design more complex hybrid mechanisms.     

Computation of the configuration degree of freedom of a spatial parallel mechanism by using reciprocal screw theory

In this paper, we propose a programmable algorithm to investigate the configuration degree of freedom (CDOF) of a spatial parallel mechanism in one Cartesian coordinate system with reciprocal screw theory. According to the physical meaning of reciprocal screws, we first obtain the terminal constraints of every kinematic chain which connects the end-effector with the fixed base, and then gain the free motion(s) of the end-effector and its degree of freedom (DOF). Through analyzing the controllability of the end-effector, we investigate the instantaneous screw expressions for the free motions of the end-effector of a spatial parallel mechanism and the CDOF of the mechanism. The whole mathematical analysis process can be directly embedded in a kind of CAD software, in which the imperfect Kutzbach Grübler formulas or its amendments are mostly utilized to analyze the DOF.     

四自由度混联天线机构运动特性分析

天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构，并对混联天线机构结构进行描述，利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质；用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿，建立混联天线机构运动学模型，得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵；通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹，通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。     

实现滚法中医推拿并串混联机器人的研究

从分析中医推拿主流手法滚法与按揉法的自由度着手,提出一种4SPS-1RCRR型的5自由度并联机器人机构。针对滚法手法滚动频率较高的特点,增加了滚法推拿头机构,进一步提出一种改进型并联与串联机构混联的推拿机器人。在滚法手法中三维移动由并联机构完成,一维转动由推拿头完成。分析了该类机构的拓扑结构、并联机构的运动学反解,并对滚法推拿头进行运动学设计与分析。通过对改进前后模型运用ADMAS软拌进行仿真分析比较,表明该新机型既能避免P副的高频往复运动,又能较好地满足中医推拿中滚法推拿的要求。     

一种新型混联机床的机构设计与运动学分析

提出了以四自由度1PS+4TPS型混联机构为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型混联机床的布局设计方案。该混联机床方案中定平台通过4个结构完全相同的TPS驱动分支以及一个PS约束分支与动平台相联,动平台可以实现一维平动和三维转动,该方案具有可实现姿态角大、工作空间大等优点。对主进给机构进行了机构设计,推导出了主进给机构一、二阶运动影响系数矩阵,建立了主进给机构封闭形式的运动学方程。文中给出了运动学分析的数值实例。