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。     

基于耦合度分析的6-SPS并联机构位置正解的计算机自动生成

阐述了基于耦合度分析的并联机构位置正解求解的原理,对6-SPS并联机构及其衍生机型进行拓扑结构分析,得到它们的耦合度κ分别为0、1、2、3;给出了κ=0的机构位置正解的解析计算公式,以及κ≥1的机构位置正解求解的算法,即通过虚设κ个SPS型支链,使之转化为κ=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立κ个仅含一个变量的相容性方程,再采用κ维搜索法求出实数解,从而实现了6-SPS并联机构位置正解求解过程的计算机自动生成;最后给出3个算例,予以验证。     

三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。     

非对称式6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的研究

建立了一类具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组.基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件编制了基于Mathematica语言的非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的求解程序.研究结果表明,对于任意给定的该类并联机构的结构参数及6个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的位置正解在复数域内最多有28组解析解,并且其位置正解实数解的个数必定为偶数.并联机构位置正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础.     

2-(CRR)2R结构降耦并联机构及其运动学分析

提出一种能实现三移动一转动(3T1R)的新型完全对称4-CRU并联机构,其4条支链结构完全相同。基于单开链理论及结构降耦原理,对4-CRU并联机构进行结构降耦设计,得到耦合度κ=1的低耦合度2-(CRR)_2R并联机构。其优点在于动平台由两条混合支链并联构成,且支链完全对称,机构姿态转角相对较大。2-(CRR)_2R并联机构耦合度降为1,极大地降低了机构位置正解的难度,有利于机构运动学分析。根据该机构的几何关系与运动约束,建立位置正解的一维搜索模型,再应用黄金分割法求出全部高精度位置正解。推导出机构位置逆解方程,应用数值实例验证了位置正、逆解的正确性。采用矢量法对机构动平台速度及加速度进行分析,得出速度及加速度正、逆解,并利用MATLAB软件编程进行数值计算。同时,应用Adams进行运动学仿真分析,验证了自由度分析的正确性;其运动学分析曲线与MATLAB计算结果一致,表明文中建立的解析模型和分析方法是正确、可行的。     

一种低耦合度半对称球面并联机构的设计、拓扑分析与运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计了一种低耦合度半对称的三转动(3R)球面并联机构,分析计算了该机构输出运动的方位特征集(POC)、自由度以及耦合度(κ=1)三个主要拓扑特性;其次,运用序单开链法运动学原理求解了位置正解的数值解。再次,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析;最后,利用Matlab给出工作空间中的奇异轨迹。     

PS-3SPS结构降耦并联机构运动学分析

对称结构4自由度4SPS-PS并联机构具有1条方位特征(被动约束)支链,耦合度为2,其位置正解和动力学正反解的求解较复杂。运用方位特征支链主动化和运动副合并(将约束距离缩减为0)方法,对原构型进行结构降耦设计,得到一种PS-3SPS一平移三转动降耦并联机构。新型降耦机构的耦合度为0,其突出优点是位置正解具有显式表达式。给出求PS-3SPS降耦并联机构位置正反解的几何方法,得到动平台Euler角的解析解。运用矢量代数法和姿态矩阵微分形式,推导出机构速度Jacobian矩阵,并得到速度和加速度正反解的显式表达式。运用空间几何法,推导出PS-3SPS并联机构所有理论正运动学奇异位形,并给出代表性奇异位形。最后,给出数值算例,位置正反解十分吻合,表明求解方法准确可靠。分别运用MATLAB软件编程和ADAMS软件仿真得到机构运动学分析曲线,两者结果一致,验证了理论分析模型与方法的正确性。     

非对称式6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行研究。建立了一类具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组。基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件,编制了基于Mathematica语言的非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解。并联机构运动学正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础。     

6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行了研究.建立了一类具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组.基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件,编制了基于Mathematica语言的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解.并联机构运动学正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础.     

一种新型3T2R并联机构的降耦设计及其位置分析

基于方位特征方程(POC)的并联机构拓扑设计理论及方法,设计出了一种五自由度三平移两转动(3T2R)的并联机构,并对该机构进行了拓扑特征分析,发现其为拓扑强耦合(耦合度k =2),表明该机构的位置正解求解困难、复杂,不利于后续的尺度综合与优化、误差分析及动力学分析;为此,对其进行拓扑降耦设计,即在基本功能(DOF、POC)不变的情况下,将其耦合度降为k = 1;继而给出了降耦后的机构基于拓扑特征的运动学建模方法,同时采用了 一维搜索法较易求得了该机构位置正解的数值解.     

铰链四连杆机构在雷达设计中的分析与应用

针对铰链四连杆机构在大型雷达天线折叠过程中的广泛应用，通过两种铰链连杆机构的刚体动力学计算分析、精度定性分析的比较，获取铰链四连杆机构在工程实际应用中应该注意和考虑的几点事项。     

Partially compliant spatial slider-crank (RSSP) mechanism

In this study, a novel compliant mechanism, “partially compliant spatial slider-crank (RSSP)” is proposed. All possible configurations of compliant RSSP mechanisms are classified and discussed. A method is derived to determine deflection of the multiple-axis flexural hinge for all positions of the crank. A design procedure for partially compliant RSSP mechanisms is introduced. In order to prove the feasibility of the proposed mathematical model, a real model is built and it is shown that results are consistent.     

空间连杆机构运动仿真的研究

对空间连杆机构的运动仿真进行了研究。采用Visual Basic语言编制了运动仿真软件,文中对软件的设计要点作了说明。     

A new type of compliant spatial four-bar (RSSR) mechanism

This paper presents a novel study on the analysis and design of a new type compliant spatial four-bar (RSSR) mechanism. To the best of our knowledge, any research on compliant spatial mechanisms which possesses out of plane motions is not available in the literature. This study introduces enumeration and novel approach for the analysis and design of such mechanisms. The analysis and design are performed with the pseudo-rigid-body model (PRBM). Since there are numerous applications of rigid spatial four bar mechanisms, it is strongly believed that a compliant version of such mechanisms may find many applications.     

Influence of Cu Grain Size on Running-in Related Phenomena

We used a single-asperity microscopic tribosystem diamond sphere/Cu sheet to investigate the relevant phenomena affecting the dynamics of friction and wear in a macroscopic system. The influence of the average grain size of the softer of two tribopartners on friction and wear was investigated in particular. The observed tribosystem experienced a natural transition during the running time, from severe plastic flow to predominating boundary lubrication. This fact was used to study the influence of poly-α-olefine base oil and fully formulated engine oil Fuchs Titan SAE 5W45 on friction and wear during severe deformation and the boundary lubrication regime. It is shown that the initial grain size has a crucial influence on wear and friction only during first sliding interactions. During the initial sliding, the grain size rapidly decreases due to plastic deformation. The grains then become uniformly equal in size in every initial situation after approximately 30 cycles. Initially larger grains result in increased friction and wear as well as higher sensitivity to the kind of lubrication.     

Lamina Emergent Torsional (LET) Joint

Part of the challenge in designing compliant mechanisms is finding suitable joints that provide the needed motion and force–deflection characteristics. The Lamina Emergent Torsional (LET) Joint is presented as a compliant joint suited for applications where large angular rotation is desired, but high off-axis stiffness is not as critical. The joint is introduced and the equations necessary for determining the force–deflection characteristics are presented. Since the LET Joint can be fabricated from a single planar layer, it is well suited for macro and micro applications. Illustrative examples are provided with devices fabricated from materials as diverse as steel, polypropylene, and polycrystalline silicon.     

A redundantly actuated PRPRP radial mechanism in the segment erector of a shield machine for synchronization control

The shield machine is a heavy construction machine for tunnel excavation, and the segment erector is an important subsystem of the shield machine. It is difficult to achieve precise control in the 6-DOF (degree of freedom) erector in the 2-DOF 5-bar radial mechanism. Hence, this paper proposes a redundantly actuated PRPRP radial mechanism for the segment erector. When the redundant actuator is unlocked, the radial mechanism is able to adjust its posture, which has two degrees of freedom. On the other hand, when the redundant actuator is locked or produces enough pre-tightening tensile force, the PRPRP mechanism can ensure the synchronization of the two driving hydraulic cylinders along the radial direction based on the mechanical structure, which has one degree of freedom. The redundant actuator also facilitates the equal application of two flexural torques at the hydraulic cylinders; thus, preventing the overload of a single cylinder.     

平面双稳态柔性微机构的优化设计

讨论了一种平面双稳态柔性微机构的设计问题。首先给出了机构稳定平衡位置的物理含义 ,建立了两种类型平面双稳态柔性微机构的伪刚体模型。提出了一种允许设计者随意指定稳定平衡位置点的具有较大自由度的优化设计方法 ,建立了优化数学模型及相应的约束准则 ,采用一种改进的遗传进化算法获得了全局最优解。根据所得的最优解对双稳态柔性微机构进行了分析 ,结果表明该设计方法是有效的     

3-PRC三维平移并联机器人机构的运动学分析

讨论了具有三平移自由度的3—PRC并联机器人机构的运动分析。基于机构运动约束方程,得到机构位置逆解的解析表达式;通过对刚体平面运动和点的合成运动分析,建立机构控制构件与动平台速度和加速度关系,并以显函数的形式表示;运动学解形式简单,便于实时控制。     

应用Bezier曲线进行分度凸轮机构凸轮廓线设计

提出了一种应用Ｂｅｚｉｅｒ曲线设计分度凸轮机构凸轮廓线的方法。就具体的设计要求同采用修正正弦和修正梯形曲线的传统方法进行了对比。Ｂｅｚｉｅｒ曲线对于改善分度凸轮机构的动力学特性和提高定位精度很有利。