利用约束螺旋理论综合的空间对称2-DOF并联机构

首先按运动功能对两自由度空间并联机构进行分类,得到了空间2Ryz型（绕y轴和z轴转动)和1Rz1Tz型(绕z轴转动和沿z轴移动）的两自由度机构;给出了两类并联机构的分支约束螺旋系和机构约束螺旋系,以及保证所有分支约束螺旋的合成是期望的机构约束螺旋系的几何条件。对这两种空间并联机构运用约束螺旋综合理论进行系统的型综合,得到了可实现连续运动的具有绕定平台平面内两轴转动的并联机构以及沿着定平台法线方向移动和绕其转动的两自由度并联机构;得到了两自由度并联机构各种类型的分支链结构,以及两类机构的结构约束特性。将少自由度对称并联机构类型由原来的9类扩充到11类,丰富了机构类型。     

连杆空间运动的瞬轴面分析

本文运用活动标架法和曲线与直纹面相伴理论 ,证明了连杆空间运动时 ,在任意瞬时 ,其动定瞬轴面于瞬轴上相切地接触 ,并有相同的 Frenet标架。得出了瞬轴面诱导结构参数的运动学意义 ,即 α* 仅与连杆的瞬时移动有关 ,β*仅与连杆的瞬时转动有关。并计算出了连杆上的加速度瞬心 ,变向点和拐点     

无耦合完全各向同性1T1R并联机器人机构构型综合

基于螺旋理论对具有无耦合、完全各向同性特点的1T1R并联机构进行了构型综合,综合的并联机构采用支链独立驱动原则,即并联机构的输出运动是由独立的输入驱动提供的。首先根据期望1T1R并联机构的运动特征(沿Z轴的移动和绕Z轴的转动)和完全各向同性并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;其次根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据约束螺旋理论依次取出两条支链连接动平台和定平台得到并联机构。通过这种方法得到大量无耦合完全各向同性1T1R并联机构。最后对综合出的一种并联机构进行了运动学分析,验证了构型方法的正确性。     

两层两环空间耦合链机构自由度分析原理

自由度分析是机构构型综合、运动学和动力学研究的基础。过去的几十年,国内外学者主要对空间并联机构自由度分析开展了研究。研究比空间并联机构更加复杂的两层两环空间耦合链机构的自由度分析原理。通过推导两层两环空间耦合链机构的运动螺旋方程,建立耦合链带来的耦合关系的数学模型。基于运动螺旋方程,建立空间耦合机构中刚性子结构的判别方法和自由度分析原理。利用两层两环空间耦合链机构的等效子并联机构的分支运动螺旋系线性组合的特点可以实现自由度性质分析。两个典型的例子被用来说明提出方法的有效性。     

对称单自由度螺旋运动并联机构型综合

针对馈能减振器对运动转换机构的功能需求,提出基于并联机构的设计方案。采用约束螺旋理论提出一种结构对称单自由度螺旋运动(1H)并联机构型综合方法。运用螺旋理论,给出将力螺旋分解为空间多个力线矢的方法。在此基础上,将1H并联机构动平台约束螺旋系中的约束力螺旋,分解成与机构分支数相等的线性无关力线矢,用分解得到的力线矢替代该约束力螺旋,与动平台约束螺旋系中其它约束力和约束力偶形成新的机构约束螺旋系。通过反螺旋理论和空间几何理论确定分支约束螺旋系,进而求得分支运动螺旋系。通过线性组合和等效代换综合出全部合适的分支运动链,将结构相同的分支运动链沿动平台和定平台对称布置,得到一系列满足要求的1H并联机构。最后以3-UU机构为例,对综合得到机构进行自由度分析,分析结果验证了构型综合方法的正确性。     

5自由度4-SPRR-SPR并联机构的运动学与工作空间分析

以一种以转轴为动平台的5自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,运用螺旋理论对4-SPRR-SPR并联机构进行自由度分析,利用矢量法建立并联机构的逆运动学方程;对运动副约束进行详细分析,利用三维边界搜索法得到该机构的定姿态以及动姿态工作空间。研究表明,该机构的工作空间具有对称性、内部无空洞、截面形状规整等优点;同时,以工作空间体积为优化目标,获得运动副约束与工作空间体积的影响曲线,得到了支链移动副移动范围为影响工作空间的最大因素。该机构在复杂空间曲面的零件切削加工、打磨等方面有着良好的应用前景。     

基于螺旋理论的3T1R完全解耦并联机构型综合

利用螺旋理论和独立驱动原则对3T1R类完全解耦并联机构进行型综合。首先根据期望3T1R完全解耦并联机构的运动特征(沿X、Y、Z轴方向的移动和绕Z轴方向的转动)和完全解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;然后根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可以配置支链的所有可能构型;最后根据并联机构运动原理依次取出四条支链连接动平台和定平台得到3T1R完全解耦并联机构。综合的并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景。     

基于空间几何的无伴随运动并联机构分析与综合

一移动两转动(1T2R)三自由度并联机构普遍存在的伴随运动对机构的运动精度及性能有不利影响,为得到一系列1T2R无伴随运动的并联机构,利用空间几何理论及螺旋理论对无伴随运动并联机构进行分析与综合.基于空间几何理论分析了无伴随运动并联机构的转轴条件,结合螺旋理论分析了该类机构动平台平面与约束螺旋的空间位置关系,将至少拥有1T2R自由度的支链分成4类,分析[R]-型支链在不同支链布局下的约束螺旋位置及转轴位置对伴随运动的影响,从而给出了1T2R无伴随运动并联机构的构型准则及结构条件,并通过构型综合得到了105种无伴随运动并联机构.对一种新型2RPU-RPRU无伴随运动并联机构进行了运动学分析,验证了该方法的正确性.     

空间8R髋关节康复并联机构的运动学分析

提出了一种二自由度空间8R并联机构用于人体髋关节康复.建立空间8R并联机构模型,运用螺旋理论对机构的初始位形及一般位形进行分析;采用D-H法建立空间8R并联机构的几何模型和运动学方程,得出了机构的运动学方程;运用Adams软件和理论计算共同验证了空间8R并联机构运动学方程的正确性,得出了机构在不同运动下,一个周期内的角...     

相伴曲面方法及其在机构运动几何学研究中的应用

将微分几何学中的曲线与曲线相伴方法发展到曲线与直纹面、直纹面与直纹面相伴方法,应用于机构运动几何学研究。分别以约束曲线和约束曲面为原曲线和原曲面,导出了连杆运动的瞬心线或瞬轴面及其不变量的表达式,提示了其运动学意义,加之引入不动点、不动性和准不动线条件,完整地描述了连杆点和直线的轨迹与瞬轴面的内在联系。为机构运动几何学研究提供了新的有力工具。     

三自由度并联机器人操作平台的主运动螺旋研究

讨论三自由度并联机器人的操作平台的瞬时螺旋的确定方法,根据平面表示的空间运动螺旋的几何特性,提出基于二阶曲线分解理论的操作器运动螺旋系主螺旋的识别的解析方法,为自由度少于６的并联机构的运动特性及其操作器运动螺旋系的研究提供了必要的理论基础。     

3-PRS并联机构运动分析及仿真

介绍了一种3-PRS空间并联机构,在用螺旋理论对该机构进行运动分析的基础上,用UG构建了该机构虚拟样机并导入ADAMS软件对其进行运动学仿真,利用ADAMS强大的运动仿真、函数、测量及后处理功能,验证了该并联机构是一个全对称的空间三自由度并联机构,动平台可以实现绕X轴、Y轴方向的转动及沿Z向的平动,与螺旋理论运动分析结果完全一致,为将来的原型样机设计、控制等研究工作提供了相关的参考依据。     

欠秩空间并联机器人输入选取的理论与应用

提出一种基于螺旋系线性相关性和约束反螺旋概念的空间并联机器人输入原动件选取合理性的判别方法。这种方法的原理是首先求取机构的结构及刚化机构主动副映射到动平台的反螺旋系,然后判断刚化输入映射到动平台上的反螺旋系及其与结构约束反螺旋系的线性相关性,从而确定空间并联机器人输入选取的机构学合理性。以３－ＲＲＣ和４－ＴＲＴ两种新型并联机器人机构模型为例进行了验证。     

一种新型四自由度并联平台机构及其位置分析

提出了一种能实现空间三维移动和绕 z轴转动的并联机器人机构模型——空间4- TRT并联机构。文中采用螺旋理论分析了它能实现空间三维移动和绕 z轴转动的机构学原理 ,计算了它的自由度 ;给出了其位置反解的方法 ,推导出了位置正解的封闭方程 ,并进行了数值验证。     

基于螺旋理论的少自由度并联机构运动分析

本文在介绍螺旋和反螺旋理论的基础上,分析了一种3-TPT并联机构的自由度及其运动特性,指出该机构动平台受到垂直于Z轴的3个纯力偶矩的约束,具有三平动一转动4个自由度,为少自由度并联机构运动学及动力学分析提供基础.     

基于螺旋理论的滑块群驱动机构自由度分析

本文研究的滑块群驱动机构是一种比较少见的少自由度并联机构。该并联机构能够实现X和Y轴的移动以及绕Z轴的转动。运用螺旋理论分别对单个分支的约束和整个并联机构的运动螺旋进行求解。通过螺旋理论中的互逆原理,求解出机构的约束螺旋系,从几何的线性相关性来求解机构的自由度。通过求解约束螺旋系的最大线性无关组和刚化输入后约束螺旋系的最大线性无关组来进行对比分析,判断机构自由度选取的合理性。     

纯转动型3-UPU并联机构工作空间分析

详细讨论了纯转动型3-UPU并联机构的工作空间。文中首先分析了3-UPU并联机构的纯转动运动的条件;然后用动平台的法向量、绕该向量转动的角度和连杆长度来直观地定义并联机构的工作空间,并分析了该定义该机构运动的几何和非几何约束条件,最后提出了纯转动3-UPU并联机构的工作空间搜寻算法,并利用M app le软件验证了该算法的有效性。本文研究的内容对3-UPU并联机构的可行性和优化设计有一定的作用。     

一种新型4自由度并联机床构型设计与运动学分析

提出了一种能实现沿y轴、z轴移动和绕x轴、y轴转动的新型4自由度部分解耦并联机构,将该并联机构辅以能实现主轴x轴移动和x轴转动的动平台,共同组成一种新型并联机床构型;此机床机构特为涡轮叶片加工而设计。对机构进行了运动学分析,得到了运动学方程和雅可比矩阵;使用几何方法对机构的工作空间进行了分析,利用雅可比矩阵证明工作空间没有奇点,并获得了给定任务下的机构执行器所需行程长度。     

空间几何法求解并联双向偏转平台位置正解

介绍了一种并联驱动双向偏转平台,依据该平台的并联机构特点和运动形式建立了其空间几何转换模型,用空间几何法求解了此并联机构的位置正解,即已知两个并联驱动电动机轴上主动齿轮的转角就可得到平台双向偏转的角度。同时对此并联机构进行了运动学仿真,对比了理论计算值与仿真值,验证了此并联机构运动学正解的正确性。结果表明动平台在绕X轴偏转的角度与其输入的角度呈线性关系、绕Y轴偏转的角度与两个电动机输入均有关系。     

一种并联宏/微驱动操作手的工作空间

以一种应用于扫描电镜的4-HSPS/PRPUR并联宏/微驱动操作手为研究对象,对该并联机构的工作空间进行了分析.4-HSPS/PRPUR并联宏/微驱动操作手的动平台与基座之间通过4个HSPS分支和1个PRPUR分支相连,机构动平台具有3个方向的移动自由度和绕X轴和Y轴的2个转动自由度.该并联机构同时包含了宏动输入部分和微动输入部分,本文分别对该机构在宏动输入和微动输入下的定姿态工作空间和灵活姿态角工作空间进行了分析.分析表明该机构具有较大的运动能力,同时还发现中间分支的连杆尺寸对运动空间形状有较大影响.综合该机构的定姿态工作空间和灵活姿态角工作空间可知,该并联宏/微驱动机器人能够应用于平台安装空间较小,工作空间需要较大并且定位精度高的场合.得到的结果对4-HSPS/PRPUR机构的应用有重要的理论指导意义.