并联机构中运动/力传递功率最大值的评价

并联机构的本质作用之一是在机构的输入端和输出端之间传递运动和力。对并联机构的性能分析需要从该本质功能出发,考虑机构运动和力的传递特性。在螺旋理论中,当运动旋量和力旋量进行互易积运算时,其结果表示该力在运动方向上的瞬时传递功率。结合能效系数法,可将瞬时传递功率和可能的最大传递功率之比定义相关的评价指标,用以分析并联机构的运动/力传递特性。该指标能否实用的关键问题之一是如何理解和求解可能的传递功率的最大值。根据并联机构中可能存在的不同形式的运动旋量和力旋量的组合,将功率最大值的求解问题分为五种情况,对每种情况的计算模型进行详细的推导与解释,尤其是当刚体的力和运动均为浮动的旋量(力旋量/运动旋量)时,提出改进后的特征点法,建立有效的求解模型。此外,以三个常见的并联机构为例,对机构中运动/力传递功率的最大值进行求解,以进一步说明所提计算模型的合理性和实用性。     

3-（2SPS）并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系。定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系。     

3-(2SPS)并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系.定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系.     

高运动/力传递性能移动并联机构分析*

基于螺旋理论求解移动并联机构在单个分支驱动下的分支传递力螺旋和机构输出运动螺旋,给出机构分支在不同位姿下传递功率恒定及其实现最大功率传递的条件。通过分析移动并联3-CPU机构的运动/力传递性能,给出分支将输入功率全部转化为动平台输出功率,即运动/力传递性最大时的主动副配置方式。在此基础上,对移动并联3-PRPU机构进行运动/力传递性能分析,总结其结构参数对分支传递功率的影响规律,得到了其传递性最大时的参数设置。所做工作为分析与综合具有高传递能力的并联机构提供了理论参考。     

2RUS/2RRS并联机构及其运动学分析

基于车辆在行驶过程中的运动特性,提出了一种折叠式2RUS/2RRS并联机构作为车辆运动模拟台。结合分支提供的约束力螺旋的几何关系,得到了机构的自由度特性,并基于Grassmenn线几何对机构的输入选取合理性进行了分析。旋量能够简化刚体运动的表示形式,兼备几何直观性与代数抽象性。借助于旋量代数及影响系数理论,通过添加虚拟运动副,得到了机构旋量速度、加速度的映射关系。在ADAMS软件中使用"多段线"建立了该机构的模型,并对机构的运动学建模理论进行了数值验证。     

对称超冗余驱动6RPS并联机构运动性能分析与优化

提出了一种全对称两转一移三自由度超冗余驱动6RPS并联机构,采用螺旋理论对该机构自由度进行了分析,建立了机构运动学反解并进行了仿真验证,结合局域指标与全域指标分析了机构运动/力传递性能,采用性能图谱与无量纲化结构参数对机构传递性能进行了优化,获取了机构6RPS的最优结构尺度与最优传递性能分布,研究了最优结构尺度下机构的全部优质姿态空间,并采用雅可比矩阵与运动/力传递性能分析了机构的运动奇异性。研究成果对于两转一移类并联机构研究与应用,提供了一定的理论基础。     

(2PUR-UP)-PUS并联机构运动性能分析

设计一种含被动支链UP的两转动一移动(2PUR-UP)-PUS并联机构,应用旋量理论分析机构自由度和运动特性,机构可实现绕被动支链U副中心的两转动运动和沿P副的移动运动.推导出机构位置、速度和加速度正逆解方程,且位置正解具有解析表达式,有利于后续误差分析、轨迹规划与控制.采用方位角和倾摆角描述末端执行器输出轴的姿态,并以机构运动/力传递性能评价指标为基础,分析机构传递工作空间.给出局部和全域性能指标的定义和计算方法,绘制了工作空间内的性能指标分布图.还制作了机构全域性能指标图谱,进而优选机构参数,可为机构的实际应用提供理论基础.     

空间弱撞击对接机构传递功率分析

运用螺旋理论对于一种空间弱撞击对接机构进行传递功率分析，通过求解运动螺旋与力螺旋的互易积，来获知系统的传递功率，得出传递功率与空间弱撞击对接机构本身构型参数、对接环当前位姿信息及速度信息直接相关的结论。考虑到在不同尺寸构型、速度信息下的空间弱撞击对接机构的传递功率是不一样的，不能单纯通过传递功率来评价系统的优劣，因此提出瞬时能效功率比的概念，用以评价某一构型下空间弱撞击对接机构的传递效能，结合具体的算例对瞬时能效功率比进行求解，研究内容与结果为新一代的空间对接机构的性能指标参数优化提供了理论基础。     

闭环双驱动混合输出六自由度并联机构运动分析

提出一种分支含闭环双驱动单元、可实现混合输出的六自由度并联机构。分析了动平台混合运动时驱动分支的等效形式,以及独立位姿运动和振动时驱动分支的等效形式;分析了混合运动关于位姿运动输入和振动输入的位置反解,对振动输入的位置反解设计了基于机构运动特点的逐次逼近法;运用螺旋理论求得动平台混合运动时关于全体12个独立广义坐标的一、二阶影响系数,得到从广义输入到动平台旋量速度、加速度的线性映射;通过数值算例分别对位姿运动输入和振动输入的理论分析结果进行了验证,算例仿真表明,提出的两种双驱动输入分配计算规则均能得到确定的混合运动输出。     

基于指数积公式的空间管路装配偏差传递建模及分析

针对火箭、飞机以及船舶等设备的管路系统,因制造与装配中偏差累积引起的系统装配效率低和可靠性下降等问题,研究空间管路装配中来源于管件成型和焊接变形的偏差形式,建立基于旋量的偏差表征,改进基于指数积公式的偏差传递模型,提出关键特征坐标误差指标(KCCE)评价偏差传递模型预测精度,实现完整的空间管路装配偏差传递建模。以三维空间管路为案例进行装配偏差传递建模与分析,结果表明:基于旋量的偏差表征方式适用于空间管路装配,改进后的空间管路装配偏差传递模型预测精度更高。     

基于运动/力传递特性的1T2R并联机构构型优选

1T2R三自由度并联机构具有1个移动自由度和2个转动自由度,应用十分广泛。如何从大量的1T2R三自由度并联机构构型中遴选出具有工程应用价值的机型,具有重要的实际意义。运用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标对3-PRRU、2-PRU-PRRU和2-PRS-PRRU三种1T2R并联机构进行构型优选,这里P表示移动副,R表示转动副,U表示万向铰。根据三种机构的运动学反解建立输入运动螺旋、输出运动螺旋和分支力传递螺旋的解析式,计算出整个工作空间上的运动/力传递性能指标并绘制图谱。性能图谱显示三种1T2R并联机构都具有较好的运动/力传递特性,并且奇异边界相似,其中3-PRRU并联机构优质工作空间最大。     

基于FIS理论的Myard环形组网机构运动学分析

为揭示折展机构连续与瞬时运动的本质与代数关联，将有限瞬时旋量理论（FIS理论）应用于一类过约束折展机构的分析中，提出包括折展单元及其组网机构的运动学分析方法。首先介绍了FIS理论的基本原理、Myard机构和Myard环形组网机构的组成原理。其次对于Myard机构，通过选定合适的初始位形，以构建有限旋量闭环方程的方式解决了折展单元的关节运动参数映射，基于旋量三角积与螺旋运动的定义提出了基于有限旋量的轨迹求解方法，随后由有限与瞬时旋量的微分映射关系得到Myard机构的速度模型。在此基础上，结合参数化的等效广义副将3-Myard环形组网机构简化为单闭环机构，以求解机构的参数映射关系，随后借助与Myard机构相同的分析流程便得到组网机构的位移与速度模型。提出折展单元及其环形组网机构的关节参数映射、运动轨迹和速度模型的分析方法，丰富了折展机构的运动学分析理论，为解决折展单元及其组网机构的运动学分析问题提供了新选择。     

一种可用于微创手术的并联机构运动学分析与性能优化

与串联机构相比,并联机构具有刚度好,精度高,响应快等优点,适合用于医疗领域。微创穿刺活检等手术要求机器人机构能够输出远中心运动。提出了一种用于微创手术的新型远中心并联机构,其分支内部包含平行四边形闭环子链。采用螺旋理论对机构自由度进行了分析,证明其能输出两个转动运动和一个移动运动,且所有运动均通过远端固定中心。对机构进行位置分析,建立了驱动参数与末端参数之间的映射。通过速度分析建立了雅可比矩阵,并分析得到了机构的奇异位形,包括逆解奇异、正解奇异和混合奇异。应用搜索法分析了机构的工作空间。采用运动/力传递指标对机构进行了性能分析,绘制工作空间内的性能图谱。以优质空间大小为目标对机构进行了尺度优化。     

攀爬机器人动力学建模与分析

针对一种攀爬机器人越障过程中动力学特性与真空模块力系平衡问题,建立了一种基于李群李代数与旋量理论在越障运动过程中攀爬机器人动力学特性分析方法。通过指数积空间的形式推导得到了空间速度雅可比矩阵进而减少因微分求导而产生的奇点,基于李群李代数与旋量理论通过拉格朗日方程建立了物理意义明确、计算复杂度低的动力学方程,建立了真空模块的力学模型,求解得到直角面越障过程中真空模块的最佳吸附力,并应用coppeliasim仿真求解出机器人关节驱动力矩,验证了李群李代数与旋量理论建模的正确性及动力学模型的有效性,通过吸附实验验证了真空模块吸附能力。     

新型汽车电泳涂装输送机构的动力学建模*

针对一种新型汽车电泳涂装输送机构,提出一种结合解析几何法、旋量理论与虚功原理建立机构动力学模型的方法。充分利用该机构的对称结构特点,通过解析几何的方法分析该机构中各被动关节的速度、加速度,再引入旋量理论得出该机构各主动关节的速度、加速度,在此基础上应用虚功原理建立该机构旋量形式的动力学方程,进而计算出可直接实现控制的机构各主动关节轴向驱动力。利用Matlab和ADAMS软件分别对所建立模型进行仿真,仿真结果的一致性表明了该动力学模型的可靠性。所提出的动力学建模方法可简化建模过程,其步骤清晰,易于程序化实现,其研究结果可为进一步实现该新型汽车电泳涂装输送机构的高性能控制及实际工程应用奠定基础。     

三自由度3－RPS并联机器人操作器的瞬时独立运动分析

讨论了具有三自由度的３－ＲＰＳ并联机器人机构的独立运动及其与机构结构设计的关系。根据这种机构的结构特点，给出了操作平台的输出运动参数的三个运动约束方程，并且建立了三个独立输出运动参数和三个独立运动输入参数之间的一阶速度影响系数矩阵的显式数学模型，分析了机构的独立运动与机构结构设计的关系，并给出了这种机构的操作平台的瞬时运动螺旋的确定方法，为这种机构的运动学特性分析及其机构结构设计提供了简便有效的数学工具     

三自由度3－RPS并联机器人操作器的瞬时独立运动分析

讨论了具有三自由度的３－ＲＰＳ并联机器人机构的独立运动及其与机构结构设计的关系。根据这种机构的结构特点，给出了操作平台的输出运动参数的三个运动约束方程，并且建立了三个独立输出运动参数和三个独立运动输入参数之间的一阶速度影响系数矩阵的显式数学模型，分析了机构的独立运动与机构结构设计的关系，并给出了这种机构的操作平台的瞬时运动螺旋的确定方法，为这种机构的运动学特性分析及其机构结构设计提供了简便有效的数学工具     

基于灰色关联分析的操纵装置操纵舒适性评价

针对操纵装置操纵舒适性定量分析与客观评价困难的问题,通过对人机接触界面操纵力力学特征的分析,以均方差最小为选取原则,提取操纵舒适性特征参数,形成操纵舒适性评价指标集。在此基础上,运用离差权法和灰色关联分析法建立操纵舒适性评价模型,以实现对操纵舒适性的客观评价。最后,通过实例验证了该方法的可行性与合理性。