一种新型解耦二腿三维平移并联机构及其运动分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,设计了一种动平台能实现空间三维纯移动的二腿并联机器人机构,对其进行了机构运动确定性分析、运动输出特性分析;还给出了其位置分析的正、逆解析解及速度解析解,讨论了该机构的输入-输出运动解耦性。     

基于单开链的纯转动三自由度并联机器人机型设计方法

基于有序单开链理论与方法，提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程；给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型；按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入一输出控制解耦性、拓扑对称性等特性，对所得到纯转动三自由度并联机构进行分类，依不同设计要求，推荐优选机型。     

基于单开链单元的并联气液动连杆机构逆动力学分析

基于单开链单元应用牛顿欧拉法对平面并联气液动连杆机构进行了逆动力学分析。依据平面并联气液动连杆机构的拓扑结构特征,建立了与机构拓扑结构相统一的机构逆动力学分析模型,得到了维数恰等于机构耦合度的平面并联气液动连杆机构逆动力学方程。以一个3自由度平面并联气液动连杆机构为实例,给出了已知连杆运动规律下驱动力及运动副反力分析。     

基于结构降耦的一类低耦合度新型3T1R并联机构的拓扑设计

四自由度的可实现SCARA型（三平移一转动）输出运动的并联机构,与三自由度的Delta机构相比,因其本身的拓扑结构复杂,导致运动学正解以及动力学计算复杂,从而使其新机型的研究和开发应用相对困难;而降低这些机构的耦合度（简称结构降耦）可直接降低机构运动学、动力学求解的难度。根据笔者提出的机构结构降耦方法,对笔者最近提出的一类5个耦合度值κ为2且具有较好实用价值的SCARA型新型并联机构进行了结构降耦优化,得到了耦合度较低（降为κ=1）但自由度和动平台输出运动类型均保持不变的10个SCARA新机型,而这10个低耦合度（κ=1）机构的运动学正解及动力学正反解,可用一维搜索法方便求得数值解,或从易导出的1个一元高次代数方程求得封闭解,为其进一步构型拓扑优化、设计及应用研究奠定了基础。     

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。     

并联机构拓扑结构特征分析软件的框架设计及实现

基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计方法提出了机构POC、自由度和耦合度等拓扑结构特征指标,用于揭示并联机构结构学、运动学和动力学的一些基本特性,但其人工计算、分析过程冗长、复杂、费时,所以研究了拓扑结构特征指标计算机自动分析软件的总体框架及其实现流程。首先,提出了能自动识别支链运动副轴线关系的并联机构字符串描述模型,以及支链POC集的矩阵描述模型;基于此描述模型,研究了POC集"交"和"并"运算规则的算法,给出了机构POC、自由度和独立位移方程数的自动分析流程;接着,给出了并联机构拓扑结构最佳分解路线的算法,制定了机构耦合度自动化分析的实现流程。最后,利用VC++编程开发了程序,并对并联机构进行了实例计算,其结果与人工计算分析一致。该算法和程序有助于更多的机构学研究和设计人员,较易计算、分析并联机构的拓扑结构特征。     

基于单开链有序求解的机构正向运动学建模原理及其两种求解方法

提出了一种基于单开链有序求解的机构正向运动学建模原理。将机构分解为一系列具有不同约束度值的单开链单元，再根据约束度总和为零的原则，将一系列单开链单元划分为若干个自由度为零、耦合度为κ_i的基本运动链（BKC_i），逐一按BKC_i建立含最少虚拟变量数目的机构位置方程；给出了具体的数值法和封闭法两种方法。由于数值法较简单，故用κ维搜索法直接求解机构位置方程；封闭法求解时先用Mathematica进行符号处理，从含变量数为κ的机构位置方程中导出一个一元高次的非线性位置正解封闭方程，再求解该一元高次方程。分别给出4个实例予以详细说明与验证。所提原理及求解方法思路清晰，可使机构正向位置方程中的变量和计算量大大减少，适用于求解任意复杂平面机构、空间并联机构的位置正解。     

解耦三轴平面并联操作手的新机构及分析

为适应大幅面光电产品检测和大型工件操作(加工、焊接、喷涂)时变位姿的需要,提出一种结构简易的3滑块在3个平行导轨上驱动且易实现大工作空间的平面型解耦并联操作手的新型机构,推导了该机构运动学正反解解析公式,计算了末端执行器在定位置和定姿态情况下的工作空间,仿真分析了定姿态时3滑块的运动规律及特性,建立了三维虚拟样机模型,为其物理样机研制、实时控制及工业应用奠定了基础.     

一种三滑块驱动平面并联手及其工作空间与位移特性分析

提出并设计一种简易实用三滑块在两个平行导轨上驱动的三自由度平面并联操作手,推导了该机构运动学正反解解析公式,分别分析了末端执行器在定位置和定姿态情况下的工作空间,仿真分析了定姿态时三滑块的运动规律及特性,并建立了三维模型。研究结果为该三自由度并联操作平台的实时控制及工业应用奠定了基础。     

并联机器人机构运动与动力分析研究现状及展望

对并联机器人机构运动、动力分析理论的国内外研究现状进行了综述，对现代数学在并联机器人机构理论研究中的应用这一发展新趋势予以展望，指出了并联机器人机构运动、动力分析研究领域有待深入开展的研究方向。