一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。     

混联码垛机器人运动学分析与仿真

针对码垛作业任务要求,设计了一种混联码垛机器人结构;为了简化机器人运动学方程的建立过程,根据机器人的特殊结构,把机器人的并联部分看作一个整体,以串联结构代替并联结构,应用D-H法建立了机器人的运动学模型,并给出了逆运动学方程.最后,应用Solid Works软件建立了机器人的三维实体造型,并用ADAMS软件进行了运动学仿真,验证了理论分析的正确性.     

基于螺旋理论和自由度分配的混联机器人构型综合

合理的混联机构设计结合了串联机构和并联机构的优点,但是混联机构构型是机构设计中的难点。针对这一问题,提出一种基于螺旋理论和自由度分配原理的混联机器人构型综合方法,并通过四自由度混联机器人构型过程对该方法进行了验证。通过螺旋支链法完成并联机构构型,得到二、三自由度并联机构;根据自由度分配的原理,结合期望自由度对自由度进行分配,并进行四自由度混联机器人构型综合,得到了一系列四自由度混联机器人构型。     

基于RPR/RP+2R+P的铝合金结构件加工机器人设计

新能源汽车是我国应对节能减排挑战的需要，发展前景巨大。针对新能源汽车车身主要采用铝合金材料，要求加工机床灵巧轻便，整体刚度适中，能够实现复杂曲面的精准成形等需求，提出一种基于RPR/RP平面并联的五自由度混联机器人构型。首先，建立RPR/RP+2R+P五自由度混联机器人基本构型，分析计算混联机器人的自由度，完成五自由度混联机器人的初始样机结构设计。其次，求解并联与混联构型位置的正反解以及速度雅可比。然后，求解五自由度混联机器人的位姿空间；以分支杆驱动力为优化指标，工作空间内机构运转不干涉为约束条件，采用Adams-Matlab联合仿真定量分析各结构参数对分支驱动力的影响，以线性回归算法进行数据拟合，完成初始样机的尺度优化。最后，以混联机器人整机及其关键构件的刚度为优化指标，采用有限元分析的探究方法对五自由度混联机器人初代样机实现递进式的结构调整，对整机进行模态分析以得到机器人振动特性。在满足刚度要求的前提下，采取少分支构型降低制造成本，加工过程可视，为针对轻薄结构件加工的混联机器人设计提供了新思路。     

一种6自由度混联机器人静刚度分析

针对焊接、切割、打磨、抛光等轻型加工需求,提出一种由面对称3-UPU并联机构及3自由度转头组成的6自由度混联机器人,侧重研究其中并联机构刚度的半解析建模与全域快速预估问题。从分析系统的力旋量系和变形协调条件入手,构造出计及所有支链构件及铰链弹性贡献的半解析静刚度模型。通过算例揭示整机静刚度在任务空间中随位形的变化规律,并借助ANSYS有限元分析软件在典型位形验证了所建模型的正确性。     

四足仿生机器人混联腿构型设计及比较

四足仿生机器人一直是机器人领域研究的热点之一。对国内外的研究现状和代表样机进行综述,总结现有四足机器人的腿构型的优缺点。混联腿构型结合了并联机构和串联机构的优点,可在提高机器人载重/自重比的同时,满足快速稳定响应的需求,从而实现高速、低能耗、高承载的运动。提出三种不同的3自由度混联腿机构,由1自由度的四杆机构和2自由度的平面并联机构串联组成。建立3种混联腿的运动学模型。根据四足机器人的行走设计需求,总结三种混联腿机构的特点,并建立其各自的工作空间模型。基于对角小跑的轨迹,分析三种混联结构在空间上的承载能力和各向同性度。通过对比分析选择第三种混联腿作为最优选项,并进一步与经典串联腿进行驱动力矩比较,证实混联腿的优越性。通过样机负重行走试验验证结果的可靠性,为四足混联腿机构机器人的后续研究奠定理论基础。     

RGRR-Ι构造混联6R机器人

新型并联双自由度转动关节(RGRR-Ⅰ)活动构件少、工作空间大,利用RGRR-Ⅰ构造混联6R机器人可以实现高刚度、大工作空间、机构紧凑等。提出混联机构的求解新方法,即建立少自由度并联机构的运动坐标参数与机构运动输入参数之间的关系,把混联机构的求解转化为各少自由度并联机构的求解和运动坐标参数之间的串联求解,降低了求解难度,可以方便地推导出位置的正解和反解。此方法对其他混联机器人的运动学分析有借鉴作用。     

一种新型混联码垛机器人的设计与分析

设计了一种以2-UPS/U并联构型为基础来实现码垛机器人大臂抬升和旋转两个自由度运动,在大臂上串联RPR/R构型实现小臂运动的新型混联码垛机器人。对2-UPS/U并联机构和RPR/R串联机构进行了机构模型的位置分析,并建立了混联码垛机器人的整体数学模型。通过MATLAB软件和SolidWorks软件进行了混联码垛机器人的虚拟仿真分析,验证了所设计的新型混联码垛机器人的结构的合理性。得出该新型混联码垛机器人非常适合应用在码垛场合的结论。     

(2PRR)~2+R平面并联机构的刚度与固有频率

基于两移动一转动三自由度平面并联机构构造了一种新型五自由度串并混联机器人并对其并联部分,一具有运动冗余和驱动冗余两种不同模式的平面并联机构(2PRR)~2+R进行了运动学分析。首先,建立了三自由度平面并联机构的运动学模型,基于机构的运动学模型推导得到了冗余和非冗余驱动并联机构的刚度矩阵,并且通过求取并联机构各组成构件的等效质量,得到并联机构的质量矩阵;然后,借助系统刚度矩阵和质量矩阵建立的并联机构动力学方程,求得了机构的固有频率方程;最后,通过数值仿真对冗余和非冗余驱动并联机构的刚度及固有频率进行对比分析。结果显示:冗余驱动分支对机构绕Z轴方向角刚度和系统的一阶固有频率均值影响最大,其增幅分别为88.46%和31.50%;对X轴方向的线刚度和系统的二阶固有频率均值影响最小,其增幅分别为52.34%和1.90%。因此,冗余驱动分支有助于提高并联机构的整体刚度,改善机构的动态性能。     

混联支路并联机器人动力学建模方法

混联支路并联机器人具有独立运动输出、高刚度、控制解耦等优点,但支路中闭环结构的存在也增加了运动学分析和动力学分析的难度.基于此,通过将支链与动平台完全断开以及将混联支路完全退化为串联支路或树状支路,提出基于虚功原理和等价树状结构的混联支路并联机器人动力学建模方法,推导出封闭形式的混联支路并联机器人逆动力学和正动力学模型,动力学模型的维数等于机器人的自由度数.利用最小惯性参数和递推牛顿-欧拉法可以减少支路逆动力学模型的计算时间,应用该方法对两种混联支路并联机器人(2-P(Pa)R-1-PUU和3-PU*)进行运动学分析和动力学分析,该方法适用于各类混联支路并联机器人,可以指导混联支路并联机器人的结构参数设计和驱动器选配,并可用于机器人的实时动力学控制.     

求解3-RPS并联机构刚度的新方法

对于少自由度机构来说,由于结构约束的存在,机构中出现了约束反力,约束反力会在机构中产生变形,影响整个机构的精度,在机构分析中必须加以考虑。基于此,以传统的3-RPS并联机构为例,给出考虑约束反力产生变形的刚度模型的建立方法。首先,用观察法分析该机构中存在的约束反力。其次,建立该机构的6×6形式雅可比矩阵,并运用虚功原理建立该机构的静力学模型。最后,分析机构在驱动力和约束力共同作用下产生的弹性变形。在约束反力产生的变形方向上虚设P副,将3-RPS机构的变形和刚度分析转化为一个等效的无约束反力的6自由度并联机构3-RPPS的变形和刚度分析。这种方法给少自由度机构的研究提供了一些新观点。     

一种新型3-DOF混联机械臂的运动学基础分析

机械臂运动学基础性能分析是其控制和应用的基础。分析了一种新型3一DOF混联机械臂的运动学传递性能，定义了这种混联机械臂的速度传递性能评价指标，并研究了评价指标在定姿态工作空间内的分布规律，为这种混联机械臂的设计与控制奠定了理论基础。这种新型3-DOF混联机械臂具有工作空间大、运动灵活、刚度大和工艺性好等优点。     

4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

以4-DOF混联机器人为研究对象,分析了混联机器人的运动学,接着基于传统键合图建立了系统驱动部分（电动机和气动部分）键合图模型,基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型,由于系统的并联部分引入冗余驱动,提出了采用输入力矩优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩（力/位混合控制）两种情况下,借助键合图自动化仿真软件（20-sim）进行多能域动力学仿真;并进行样机的控制试验,将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比,验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明：力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。     

新型万能直角坐标串并联机构

基于传统的单纯串联机构工作空间大、运动学正解简单的优点,考虑到单纯并联机构结构刚度大、承载能力强、运动学反解简单等特点,参考国际国内有关串并混联机构的研究成果,结合现实加工领域的需要,提出一种全新结构的直角坐标串并联机构。通过线性驱动,它可以实现机构上下层动平台之间的输出主轴空间6自由度运动。通过解析几何作图法,得知机构的工作空间形态为四棱柱或三棱柱,并给出了机构出现奇异时的奇异结构与工作空间形态。机构输出主轴处于空间任一位姿时,运用解析作图法取得输出主轴在三维空间的极限摆角范围,采用该方法还找到了机构运动学一般位置反解的几组可能解。进一步分析可知输出主轴平行于垂直导轨方向时有三组可行解,不平行时有五组可行解。     

一种新型低耦合度非全对称三平移一转动并联机械手及其运动学分析

根据基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序单开链（SOC）的机构位置正解的建模方法及其数值解;其次,通过导出机构位置反解及算例,验证了正反解求解的正确性;再次,分析了该机构位置工作空间的形状大小及工作空间Z向各截面形状;然后,对机构的奇异位形进行了分析,得到其发生三类奇异的条件;最后,设计了该机械手样机的三维CAD模型。研究结果表明,2-RPaRSS机械手比H4、I4R、Cross-Ⅳ结构简单,且具有更大的工作空间和更好的动平台转动能力。     

一种单自由度3T1R并联机构的拓扑设计及其运动学

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和拓扑降耦设计方法，设计了一种新的少输入-多输出（Fi-Mo）型单自由度三平移一转动（3T1R）输出的并联机构，对其拓扑特性进行了分析，给出了该机构的方位特征集、自由度及耦合度κ；根据基于序单开链的运动学建模原理，给出了该机构的位置正解求解方法及其数值解；同时导出了其位置反解求解公式及机构的速度与加速度公式，并进行了速度与加速度的仿真。最后给出了该机构可用作并联振动筛的3D虚拟样机设计。研究结果为该类单自由度3T1R型并联振动筛机构的尺寸优化设计、样机研制打下了基础。     

基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热研究

建立了基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热模型，通过理论方法计算了机械臂稳态传热过程中各子模块的温度、传热功率和螺旋盘管中水的对流换热情况，并利用COMSOL Multiphysics仿真软件直观表达其稳态传热过程。仿真结果与理论计算结果差异在4.5%以内。理论分析和仿真结果可用于指导软体机械臂变刚度模块的设计。     

Analysis and Optimization of a Spatial Parallel Mechanism for a New 5-DOF Hybrid Serial-Parallel Manipulator

Hybrid manipulators have potentially application in machining industries and attract extensive attention from many researchers on the basis of high sti ness and high dexterity. Therefore,in order to expand the application prospects of hybrid manipulator,a novel 5?degree?of?freedom(DOF) hybrid serial?parallel manipulator(HSPM) is proposed. Firstly,the design plan of this manipulator is introduced. Secondly,the analysis of this manipulator is carried out in detail,including kinematics analysis,statics analysis,and workspace analysis. Especially,an amplitude equivalent method of disposing the over?constrained force/couple to the non?overconstrained force/couple is used in the statics analysis. Then,three performance indices are used to optimize the PM. Two of them have been widely used,and the third one is a new index which considers the characteristics of the actuated force. Based on the performance indices,the performance atlas is drawn and the optimal design of the PM is investigated. In order to satisfy the anticipant kinetic characteristics of the PM,the verification of the optimized physical dimension is done and the workspace based on the optimized physical dimension is carried out. This paper will lay good theoretical foundations for application of this novel HSPM and also can be applied to other hybrid manipulators.