3-UCR并联机构的瞬态运动学研究

基于反螺旋理论与虚拟机构法对一种特殊3-UCR并联机构的瞬态运动特性进行了分析.利用支链与动平台的一阶影响系数矩阵之间的关系,建立了此并联机构在螺旋坐标系下的瞬态运动数学模型,得出了一阶影响系数矩阵只与机构输入参数和机构构型有关的结论.提出的建模方法同样适用于其它欠自由度并联机构的瞬态运动特性分析,运用该数学模型,可得到任意瞬态的螺旋系节距.分析表明,该机构具有两转动一平动的瞬态运动特性,并利用动静平台平行位姿时的具体数值实例,验证了上述分析结果.     

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     

4-RRUR并联机构及其运动学分析

研究一种4-RRUR并联机构,这种机构速度快,刚度大。利用螺旋理论建立各分支的运动螺旋系,在此基础上计算出该机构的自由度数为4,并对驱动输入做出选择。从支链入手,应用矢量的矩阵表示方法,根据虚设机构的思想,建立4-RRUR并联机构各运动副的螺旋与机构输入、输出之间的关系。进而取各分支中只与主运动副有关的方程,建立广义速度、加速度的输入和输出的映射关系,并分别以广义坐标的1阶、2阶影响系数的形式表示,速度和加速度分析以显式表达出来。     

基于主螺旋的一种三自由度支链嵌套并联机构瞬时运动分析

为研究一种三自由度支链嵌套并联机构的瞬时运动特性,对该机构的主螺旋进行了计算。在计算中首先利用虚拟机构法,建立了一阶影响系数矩阵。然后依据二次曲面分解理论并结合该机构自身特点识别了机构的主螺旋,进而以主螺旋为工具分析了机构的瞬时运动。结果表明:该机构在任意位型下的运动螺旋系皆为第五种特殊三系,且机构动平台可实现轴线沿z轴方向的360°旋转。     

3-RRR并联机构灵巧度分析

利用SolidWorks建立了3-RRR机构的三维模型,对照三维模型采用D-H法建立了3-RRR机构处于任意位形的机构坐标系,运用螺旋理论计算出该机构的一阶运动影响系数即运动雅可比矩阵,参照运动雅可比矩阵奇异的特点,利用可操作数和条件数对3-RRR并联机构进行了灵巧度分析,得出了该机构的灵巧性特点。     

新型无耦合两转动并联机构运动学及性能分析

针对并联机构的强运动学耦合性问题,提出了一种新型无耦合二自由度转动并联机构。利用方位特征集法对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算,利用驱动力螺旋理论和封闭矢量法推导了机构运动平台的姿态方程和角速度方程,根据机构分支运动链的运动螺旋系及其约束螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性,并给出了其奇异位形;推导出了机构运动条件指标与结构尺寸系数和输入角位移之间的关系式,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件,最后对机构运动学进行了仿真分析。研究结果表明:该并联机构具有无耦合运动学特性,尤其当其结构尺寸满足一定要求的情况下,其运动雅可比矩阵为单位阵,机构则具有完全各向同性的运动学特性。     

新型六自由度冗余混联机床运动学模型

提出了一种以新型三自由度冗余驱动并联机构4-PRP作为定位模块,串联上三自由度并联机构3-UPSPU来共同实现六自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论分析了该机床实现3T3R运动原理,计算出该机构的自由度。然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,运用影响系数法建立了一阶运动影响系数矩阵—Jacobian矩阵和二阶影响系数矩阵—Hessian矩阵,建立了完整的运动学模型。最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了运动学模型的正确性及机构的可行性。     

2RPS/2SPS并联机构及运动学分析

基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach公式对2RPS/2SPS并联机构进行自由度分析。通过空间坐标变换方程和封闭矢量法建立位置反解方程,并在其基础上利用数值分析中的牛顿迭代法进行位置正解分析。利用虚设机构法建立了1阶影响系数矩阵,并基于Matlab,通过微分法对其进行了数值算例验证。结果显示,两种方法的运算结果相吻合。最后,利用Adams软件对2RPS/2SPS并联机构进行运动学仿真,得到位移、速度、加速度和角速度变化曲线图,进一步验证了前两种方法运算结果的正确性,且表明2RPS/2SPS并联机构具有良好的运动特性。     

对称五自由度3R2T并联机构的雅可比分析

针对对称五自由度3R2T并联机构提出一种雅可比分析方法。首先简单回顾3R2T并联机构的自由度特性,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5阶长方阵;再利用该类并联机构的自由度特性,说明6×5阶分支雅可比矩阵的第6行是冗余信息,可将其删除,从而把分支雅可比矩阵简化为5×5阶方阵,可以证明该方阵在机构非奇异位形下满秩;在选定并联机构的驱动副后,通过对新的5×5阶分支雅可比方阵进行一系列矩阵运算,可以建立整个五自由度3R2T并联机构的5×5阶雅可比矩阵。     

新型4自由度并联机器人运动学分析

研究一种新型3-RRUR并联机器人,这类并联机器人结构简单对称,刚度大,可用于实现高精度装配,也可用来开发力传感器或构造并联机床以及微动机器人,且分支中不含移动副,便于使用维护。首先利用螺旋理论,建立分支运动螺旋系,然后求解各分支对运动平台的约束螺旋,分析约束螺旋系,在此基础上确定3-RRUR并联机器人的自由度数是4,自由度性质为三维移动和一维转动,转动轴线垂直于固定平台与3个分支相连接的运动副轴线所在的平面。再以反螺旋理论为基础,采用刚化驱动运动副后分析运动平台所受约束性质和约束相关性的方法,给出合理的输入方案。并结合自由度性质分析,建立约束方程,进行运动学正反解,给出相应的算例。研究结果将对推动此类机器人的应用起重要作用。     

基于螺旋理论的2R2T四自由度并联机器人机构综合

基于螺旋理论，提出了2R2T四自由度并联机器人对称结构的一种设计方法；通过给定动平台的约束系统，采用螺旋理论和零空间方法，得到支链上所提供的基螺旋系；再经基螺旋系的组合．2R2T四自由度的一种新型的对称结构；分析了该机构的运动学性质。     

INSTANTANEOUS KINEMATIC CHARACTERISTICS OF ASPECIAL 3-UPU PARALLEL MANIPULATOR

0 INTRODUCTIONA new hotspot of the research of parallel robots is the newstyle lower-mobility (2~5) parallel robots at present. Because osimple structure and low cost, the lower-mobility parallel robotcould be widely applied in industry and other field. O…     

一种新型三自由度并联机构的奇异性分析

提出了一种新型三自由度空间并联机构,根据螺旋理论分析了该机构的运动平台只能实现三维移动.利用坐标变换法建立了机构的位置和速度解析方程,并根据正、逆雅克比矩阵系统分析了机构的奇异位形.     

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。     

Kinematic analysis of a hybrid serial-parallel manipulator

The kinematic analysis of a new type hybrid serial-parallel manipulator is presented. This manipulator is based on two kinds of 3-UPU parallel mechanisms (PM). Each 3-UPU possesses one platform, one base and three limbs, and hence has 3 degrees of freedom (DOF). Each limb comprises of universal (U), prismatic (P), and universal (U) joints in series. Therefore the hybrid manipulator has totally 6 degrees of freedom and has also an elegant structure. The moving platform (mid platform) of the first PM moves with pure translation with respect to the fixed base and the moving platform (end platform) in the second PM only changes its orientation with respect to the mid platform. In this paper, closed-form kinematic solutions are obtained for this type of mechanism and related theoretical results have been verified numerically.     

STRUCTURE SYNTHESIS OF 4-DOF PARALLEL ROBOT MECHANISMS BASED ON SCREW THEORY

Structural synthesis for 4-DOF parallel manipulators using screw theory is systematically studied. Motion properties and constraint conditions of 4-DOF parallel manipulators according to the relationship between screw and reciprocal screw are analyzed. Mathematical expressions for constraint screws and twist screws of moving platform are constructed, and all possible limbs, which provide one or more force constraints, are enumerated. Finally, a parallel manipulator with 3-rotation-DOF and 1-translation-DOF is used as an example to describe the synthesis procedure for symmetrical and non-symmetrical 4-DOF parallel manipulators.     

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.     

完全各向同性3自由度平面并联机构的型综合

提出了完全各向同性3自由度平面并联机构型综合的系统方法.首先,根据螺旋理论讨论了完全各向同性平面并联机构的运动学必要条件.然后,基于机构各分支对动平台控制功能的不同,通过互易螺旋理论推导出各分支的驱动螺旋、主动螺旋和可动非主动螺旋,并按照分支连接度的不同列举出所有可行的分支运动链.最后,按照机构各分支相应的装配条件,选取所综合出的3条分支运动链将动平台和静平台连接起来得到预期的机构,共得到新型机构3 167种.由于综合出的并联机器人机构的运动雅可比矩阵均为单位阵,即条件数恒为1,因此这类机构具有良好的运动学和力传递性能,在工业机器人、微操作机器人和医用机器人等领域具有潜在的应用前景.     

Reciprocal screw theory based singularity analysis of a novel 3-DOF parallel manipulator

Singularity analysis is an essential issue for the development and application of parallel manipulators.Most of the existing researches focus on the singularity of parallel manipulators are carried out based on the study of Jacobian matrices.A 3-DOF parallel manipulator with symmetrical structure is presented.The novel parallel manipulator employs only revolute joints and consists of four closed-loop subchains connecting to both base and platform via revolute joints.The closed-loop subchain in each chain-leg is a spherical 6R linkage.The motion characteristics of the output link in the spherical 6R linkage with symmetrical structure are analyzed based on the interrelationships between screw systems.The constraints that are exerted on the platform by each chain-leg are investigated applying the concept of generalized kinematic pair in terms of equivalent screw system.Considering the geometric characteristics of the parallel manipulator,the singularity criteria of the parallel manipulator corresponding to different configurations are revealed based on the dependency of screw system and line geometry.The existing conditions of certain configuration that a singularity must occur are determined.This paper presents a new way of singularity analysis based on disposition of constraint forces on the geometrically identified constraint plane and the proposed approach is capable of avoiding the complexity in solving the Jacobian matrices.