新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构．运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响．提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义．     

3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR(R为转动副,S为球面副)型并联机构作为车载天线构型,基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标,利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化,性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况,建立车载天线机构仿真模型,分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。     

三自由度天线并联机构运动与力学性能分析

对三自由度天线并联机构的运动与力学性能进行了分析。基于天线工作要求,选择3-RSR、PU-2UPS和3-RPS并联机构作为天线座架构型,确定并联机构的基本参数,分析工作空间、驱动力、驱动力矩和功率,绘制工作空间图形,求解驱动力与驱动力矩变化曲线,计算电机功率。综合分析后,确认选择3-RSR并联机构作为天线座架构型最为适宜。     

新的机构自由度计算公式——GOM公式的应用研究

总结了利用GOM公式计算机构自由度的具体步骤,列举了常用基础杆组的位移参数,介绍了杆组阶的确定方法;给出计算输出构件自由度及快速判断构件运动性质的方法;选取了几种典型的机构验证了所提出方法的正确性。结果表明,该新公式可以避开虚约束计算,不需要借助复杂的数学工具,便能快速、有效地计算包括混联机构在内的机构自由度,其正确性与通用性在一定程度上得到了验证。     

大型回转件自动超声波探伤轨迹规划及仿真分析

针对目前大型回转件主要依靠传统手工探伤的种种缺陷,开展了自动化超声波探伤的轨迹规划与探伤系统运动规律的研究,并进行探头扫查轨迹运动仿真。阐述了自动化探伤模拟手工探伤的工艺原理,分析了工件、探头的运动规律,规划了探头扫查轨迹,整个自动化探伤工艺符合无损探伤国家标准,并将探伤效率提高了5.46倍;联合MATLAB和ADAMS软件对探头扫查轨迹进行仿真,仿真结果验证了轨迹规划的正确性。     

机构中过约束判定的新方法

将前期研究中提出的基于杆组参数矩阵的交集规则及过约束判断方法推广到更为一般的过约束机构。从过约束产生的本质出发,讨论了刚性闭合、通过运动链闭合、通过单个运动副闭合,及其过约束,得到了单环路机构中过约束判断的两个准则。对于较复杂机构,借助“结构流程图”的辅助分析,依据闭合方式,通过分析每个闭合过程中对应的杆组参数矩阵来确定过约束。分析了两个典型机构中的过约束,所得结果与实际一致,证明所提方法的方便性和实用性。     

基于主成分分析方法的并联机构参数优化

以DELTA并联机构为研究对象,求解该机构的全域条件数、全域各向同性系数、全域最小奇异值指标数据,建立多维全域性能指标数据。基于主成分分析(PCA)法,对上述多维全域性能指标数据进行降维、有效融合,去除指标间的冗余信息,减小目标函数对权重系数的人为依赖性,从而确定目标函数。通过对不同结构参数样本进行PCA分析,选出基于综合全域性能最优的结构尺寸。将PCA优化结果与各性能指标值分布图进行比较分析,最优和最差样本均与各性能指标分布图的最优和最差性能区域相对应,从而验证PCA方法在并联机构参数优化时的有效性。研究结果为多目标下并联机构的优化提供了一种新思路。     

三阶魔方机构的拓扑与运动简图

表面上简单、紧凑的魔方机构，实际上却可以实现着运动的千变万化，这种奇妙的模型远超出了传统机构学的概念和设计方法。以经典三阶立方体魔方为对象，从建立魔方机构的运动简图为突破口探索魔方世界中的机构学问题。分析魔方机构中的构件和运动副，提出了两种新的运动副以描述魔方在运动过程中构件间的连接在可动与相对固定之间切换的问题；提出了正位状态和非正位状态的概念，表达魔方机构在转动过程中构态的变化，用机构拓扑图分别描述该两种构态下构件间的连接关系，采用邻接矩阵反映构件间的位置关系和拓扑特征，从而将魔方机构的图表达转换为数学表达的方法。为将复杂的魔方机构模块化，采取对魔方整体的约束关系进行内外划分并提取魔方运动单元机构的方法，结合抽离出的单元机构子邻接矩阵，以第一卦限单元机构为例，分别建立了正位和非正位状态时外部环路魔方机构的运动简图。研究工作为非传统、变拓扑、多构态、多环路机构的结构分析提供参考，为魔方机构后续的自由度分析与运动特性分析提供模型。     

一种基于角度传感器的6-UPS机构正向运动学分析方法

为了提高6自由度并联机构运动学正解的求解效率,增强求解方法的通用性,提出了一种6-UPS（universal-prismatic-spherical）机构的运动学正解算法．首先在6-UPS机构任意分支虎克铰处添加2个角度传感器,测量了虎克铰2个方位的旋转角度．再基于旋转矩阵构建12个方程,通过代数消元对其进行降次处理得到简易的一元二次方程组．最后,求得6-UPS机构的运动学正解．并通过具体数值算例验证所提方法,求出了确定的位置正解．该方法不仅降低了数据处理的难度,且能求得正解的唯一解,避免了并联机构正解存在多解的问题．     

一种新型并联式解耦踝关节康复机构及其优化

对踝关节功能损伤的患者,尤其是中风患者来讲,踝关节的康复是一项非常困难的问题。针对此提出一种新型并联式解耦踝关节康复机构,并基于中医康复疗法引入踝关节康复机构需要注重牵引功能的设计思路。所提出的机构能够同时实现单独转动康复(背屈、跖屈,外展、内收)和在牵引下转动的康复过程;利用螺旋理论分析机构在任意位姿下的自由度性质;推导出机构位置正反解,求解速度雅可比矩阵,并对机构进行奇异性分析;通过输出参数对解耦机构杆件尺寸进行优化,基于遗传算法给出数值算例,验证了机构工作空间满足踝关节康复运动的要求。