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。     

新型直驱四轴混联数控机床运动学分析

基于模块化设计技术,提出了一种完全由直线电动机驱动的新型四轴混联数控机床,并介绍了其基本结构型式.以该机床并联主轴模块为研究对象,建立了主轴机构运动学方程,并给出了机构的位置正逆解,由此得到机床主轴的工作空间分布.最后,基于雅克比矩阵,对主轴机构进行了运动性能仿真研究,为机床主轴的运动性能优化和运动控制提供了理论依据.     

六自由度盾构管片拼装机机构设计

介绍了一种在盾构隧道施工中,用来给开挖好的隧道表面安装管片的管片拼装机,这是一种六自由度混联机构,整体机构串联中间包含一个二自由度五杆机构.分析了该拼装机的机构组成,工作原理及过程,进行了正运动学和逆运动学的分析,通过具体数值,验证运动学方程的准确性.最后,描述了拼装机对管片轨迹精确调整的过程.     

2PPPPS-R-2PPPPS新型串并联机构研究

基于传统的串联和并联机构构建了一种新型6自由度串并联机构,通过直线驱动实现输出主轴的三维移动和转动,利用机构分解和综合得到机构的等效形式;同时也对其位置反解进行了研究,发现其符合限定区域条件下的无穷解,且能够利用数值搜索法得到其全部位置反解;通过输出主轴在空间的位置和姿态对各输入运动参数敏感性的影响进行研究与分析,发现同类运动参数之间存在着程度相同或对称关系,得知4类输入运动参数对输出主轴空间位置的敏感性起关键作用,有3类输入运动参数对输出主轴在空间的姿态敏感性起关键作用,同时还以实例形式计算得到具体情形下的敏感性数值,从而知道各类输入运动参数对输出主轴姿态变化上的影响程度的瞬时差异.     

3-R||R||C三平移并联机构的位置求解及静力学特性分析

对新型三平移并联机器人机构,进行了运动学分析和静力学分析,包括:运用矢量法求解了该机构的位置反解解析解,分析了该机构输出与输入的运动解耦性;运用基于序单开链法的一维搜索法求解了该机构的位置正解数值解;进一步地,采用力雅可比矩阵的方法对该机构进行了静力学分析,得到了输入力矩与输出外力的关系;最后运用MAT-LAB软件进行了运动学、静力学特性仿真分析.为该机构的结构设计与分析提供了理论基础.     

新型3-PRRS并联机构的位置正反解分析

对新型六自由度3-PRRS并联机构进行运动学分析,推导了解析形式的运动学反解,利用封闭解法研究其运动学全部正解。根据每条支链2个转动副对动平台的不同影响,通过坐标变换和引入角度变量φi,得到动平台3个铰链点坐标;以这三点之间的固定长度为约束条件,建立约束方程,得到以φi为变量的3个超越方程,通过消元法得到16次线性代数方程;利用MATLAB软件编程求解全部位置正解。应用算例对位置正反解进行了数值验证,正解结果与反解结果吻合。研究结果为应用于虚拟轴并联机床的新型3-PRRS并联机构的尺度综合、奇异位形分析、输出误差分析和轨迹控制等方面的研究奠定了基础。     

基于凯恩法的大摆角混联机床并联机构的动力学分析

针对一种大摆角混联机床的并联机构,首先对其机构构型进行了描述:然后以输入端和输出端的运动映射为基础,引入凯恩方法根据运动学分析原理来分析动力学问题,分别对输入和输出端运动构件进行动力学建模。假定机床各部件为刚性构件,不存在弹性力和摩擦力,通过综合从而建立并联机构系统的动力学方程,得到并联机构输出运动与所受驱动力的关系。最后,通过算例进行了仿真验证,得到了在给定输出运动时,动平台、滑块及各个驱动支链的驱动力曲线,对进一步分析大摆角混联机床的动态性能、机构优化设计和控制模型的建立等工程应用奠定了基础。     

新型((3-RPR+R)&UPS)+P混联机床机构的运动学模型

为实现大型细长类整体结构件的多轴联动加工,提出了一种新型((3-RPR+R)&UPS)+P的5自由度混联机床机构,利用解析矢量法建立了该混联机床机构逆解运动学模型;在此基础上,根据运动影响系数法得到了其1阶、2阶运动影响系数矩阵,建立了更为完整的逆解运动学模型;运用Matlab对该混联机床机构逆解运动学模型进行求解,并利用Adams进行了仿真,其结果基本一致,验证了建立的该混联机床机构逆解运动学模型的正确性.     

基于混联机构的新型物流分拣机器人机构研究

针对物流行业分拣商品过程中商品种类繁多,配送和储藏多样化,工作效率低的现状,研究基于混联机构的新型物流分拣机器人机构。采用五自由度混联机构,综合并联机器人与串联机器人的机构优点,针对该构型进行运动学分析,包括约束分析和速度分析,得到机构运动的位移,速度,加速度与角速度曲线,验证了该机构输出为三移动两转动。     

基于MATLAB的串并混联7-DOF仿人机械臂正运动学分析及仿真

设计了一种串并混联7-DOF仿人机械臂,并通过对并联机构进行运动学分析和D-H建模,建立了仿人机械臂正运动学的数学模型;运用MATLAB中的Robotics工具箱对仿人机械臂进行正运动学仿真,得到连续平滑的关节角度规划曲线和腕部笛卡尔空间轨迹。仿真结果表明,设计的仿人机械臂结构参数合理,为仿人机械臂的优化设计提供了依据。     

卧式镗铣床主轴系统的模态分析

介绍了模态分析理论,建立了卧式镗铣床主轴系统的有限元模型,计算了轴承刚度,并进行了模态分析,得到前六阶振型。对卧式镗铣床主轴系统进行了试验,得到前六阶固有频率的试验结果,并与模态分析结果进行对比。通过模态分析确认,卧式镗铣床主轴系统在工作情况下不会产生共振。     

高刚度卧式空气静压主轴优化设计

采用数值方法对高刚度卧式空气静压主轴进行优化设计,并通过实验进行验证。通过数学变换,将气体润滑Reynolds方程的一般形式变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,再以MATLAB软件中的PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,实现空气静压主轴的静态性能计算。分析结构参数对主轴性能的影响,得到最优的主轴结构参数;通过实验测试了优化后主轴的轴向和径向刚度,实验结果验证仿真方法的准确性。     

筝形直线可展机构及其动力学分析

将筝形直线机构与剪叉机构结合,提出一种仅含转动副的筝形直线可展单元,并设计得到一种筝形直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述了筝形直线可展机构的模块化组成原理,并将其分解为外部模块和中间模块,两种模块均由筝形直线可展单元构成;对单个的筝形直线可展机构进行运动学建模,结合其模块化组成原理,得到相邻模块间的运动学递推关系,并以此为基础,运用Lagrange方法建立筝形直线可展机构整体动力学模型;以6层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,通过设置末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。研究结果表明:当末端执行器的输出运动规律为正弦加速度曲线时,机构在整个运动过程中稳定性好,无冲击影响。     

3-RRR平面并联微动机器人的运动学分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。因此对其运动学的研究在机构学领域占有重要的地位。本文对平面并联微动机器人进行了建立伪刚性模型,采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过分析比较该机构的理论运动学方程、实验运动学方程和有限元运动学方程,得到输出平台适用的运动学方程。     

四自由度混联天线机构运动特性分析

天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构，并对混联天线机构结构进行描述，利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质；用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿，建立混联天线机构运动学模型，得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵；通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹，通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

PPP-S[T]-PPP新型混联立方机构

基于传统的串联和并联机构构建新型6自由度混联立方机构,通过直线驱动实现输出主轴的三维移动和转动.对机构中常用运动副、机构运动基本单元的移动基和转动基的空间活动能力进行描述定义,基于机构由构件通过关节连接而成的事实,提出一种新的构件关系拓扑图论描述方法,该方法以构件框、约束构件框、构件关系线、约束构件关系线、相邻构件空间相对活动能力关系为要素,对串联机构、并联机构、混联机构进行新的图论描述.基于支链空间活动能力维度和机构空间活动能力维度定义,以实例形式给出混联机构自由度的分析方法,并得到机构非奇异的充要条件.采用解析几何的方法得到机构可达工作空间的形态为一规则的长方体,可达工作空间体积取决于机构平移运动副的运动极限,从而得到其影响因素.通过作图法对机构输出主轴在任意空间位姿的极限偏转角度进行分析,得知导轨长度等是影响其偏转的主要因素.     

冗余驱动4-PRP+3-UPS&PU混联机床动力学模型

应用拉格朗日法对新型6自由度冗余驱动混联机床进行动力学建模。首先,对4-PRP+3-UPSPU机床构型进行分析,建立机床坐标系;然后,求解出该冗余驱动混联机床系统的动能、势能和作用于该混联机构非保守力的等效广义力,利用拉格朗日方程建立4-PRP+3-UPSPU冗余驱动混联机床的动力学模型,为该混联机构驱动力的求解及机构的动力学分析奠定基础;最后结合数值算例,用MATLAB软件对动力学模型进行数值计算并绘制出各驱动杆驱动力的变化曲线,将理论分析结果与ADAMS仿真结果进行比较,验证了该动力学模型的正确性及可行性。     

3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在（0.1～0.2）mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。     

4-UPS-CPC并联机构运动学分析

并联机构的运动学分析是并联机构研究的重要对象之一,是进行优化分析的重要依据。目前,国内外许多知名学者通过理论求解和软件仿真分析对并联机构进行了多方面的研究。以4-UPS-CPC并联机构为研究对象,建立机构模型和数学模型,进行了位置、速度及加速度分析,建立了机构输入输出的速度、加速度映射方程。在建立机构运动学模型基础上,用数学编程软件Matlab对机构进行了运动学数值仿真分析;基于动力学仿真软件Recur Dyn,实现了4-UPS-CPC并联机构的运动学仿真分析;利用Recur Dyn仿真结果对理论数值仿真的正解、逆解进行了验证。研究结果表明了运动学理论求解的正确性和仿真验证的可行性。