一种零耦合度且运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R的设计及其运动学

零耦合度(κ=0)及输入-输出运动解耦的三平移一转动(3T1R)并联机构,不仅运动学、动力学分析简单,而且运动控制与轨迹规划容易,因而在制造业中具有潜在的运用前景。根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和方法,设计出一种零耦合度且部分运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R,并对之进行拓扑特性分析,给出了其方位特征POC、自由度DOF、耦合度κ等主要拓扑特征;基于序单开链(SOC)的运动学建模原理,给出了该机构位置正解求解的封闭形代数方程,并求得其数值解;基于导出的机构位置反解公式,分析了机构产生三种奇异的几何条件;同时,求解了机构的工作空间和转动能力;给出了该操作手机械结构设计的三维CAD模型。研究成果为该操作手的运动尺寸优化、样机研发以及动力学研究奠定了理论基础。     

球面并联机构的结构降耦及其位置正解求解

基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析,通过动平台二球副重合的方法,使之结构降耦演变为0耦合度球面机构,并得到其位置正解的解析解;而对于k=1的一般结构的S+3-SPS,虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构,再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程,并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法,易于实现计算机自动生成,并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。     

一种新型半对称三平移一转动（3T1R）并联操作手的运动学研究

基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,提出了一种能实现三平移一转动（3T1R）的2RRPaR+2RSS并联操作手机构。对该机构进行了结构特性分析,计算了其自由度及POC集,并得出其耦合度为2;依据该机构的结构特性及几何约束条件,采用二维搜索法对该机构的位置正解进行了求解,推导出了其位置逆解,并验证了位置正逆解的正确性;基于该机构的逆解公式,计算出其三维工作空间,并得到了一组Z向不同截面的切片形状,同时对Z=1000 mm截面处的转动能力进行了分析;最后,基于雅可比矩阵对机构奇异位形进行了分析。研究结果表明：所提2RRPaR+2RSS机构在与H4机构主要尺寸参数相同的情况下,其工作性能总体优于H4机构。与H4机构相比,所提机构的工作空间增加了27.87%,其转动能力提高了4.35%。     

方位特征集法在三平移并联机构型综合中的应用

应用基于方位特征集的机构拓扑结构设计理论与方法,综合了26种三平移零转动的并联机器人机构拓扑结构,其中19种为首次综合出的新机型,并对它们进行了分类。该方法适用于无过约束机构和一般过约束机构的拓扑结构设计,不仅所用数学方法简单,几何与物理意义明确,而且综合所得机构的存在几何条件具有一般性。     

三个复杂基本运动链奇异性条件的求解与识别

提出了求解任意复杂多回路平面连杆机构及操作手奇异位置分析的模块法。即对组成复杂机构的数量有限的基本运动链进行奇异分析 ,推导出这些复杂基本运动链产生奇异位置构型的奇异性条件 ,然后将之看作是复杂机构和操作手奇异分析的基本模块 ;只要一个基本运动链达到奇异位置时 ,该复杂机构即处于奇异位置。在此基础上本文又推导出三个复杂基本运动链产生奇异位置构型的奇异性条件 ,从而扩展了用该方法求解复杂多回路平面连杆机构及操作手奇异位置的应用范围。     

3-P//R⊥4r⊥R新型三维平移并联机构的工作空间及奇异性分析

主要分析了3-P//R⊥4r⊥R新型三维平移并联机器人机构的工作空间及奇异性,提出一种基于并联机构运动学逆解的并联机构工作空间极限边界数值搜索算法,给出了相应的计算框图,并得到了并联机构工作空间的形状。研究表明该机构具有较好的工作空间且在有效的工作空间内不产生奇异,是一种理想的三平移可选机型。     

一种新型并联运动振动筛及其运动学研究与研制

提出了并联运动振动筛的新概念,设计了一种新型空间二自由度并联机构,固结于该机构运动平台的筛箱能产生一个独立的铅垂运动和两个转动(其中一个为独立转动,一个为衍生转动),筛面轨迹为空间复杂曲线,适合于高效物料筛分运动;建立了该机构运动学正逆解数学模型,根据振动筛分工艺要求,设计了杆件长度,并进行了相应的三维实体运动仿真;还导出了上平台各点运动轨迹方程,用MATLAB绘出了相应的轨迹曲线,为该机构工艺参数的进一步优化设计奠定了基础;最后研制了样机.     

一种新型三维平移并联机构及其位置分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理，设计构造了一种动平台能实现空间三维纯移动的并联机器人机构，对其进行了结构特性分析；给出了其位置分析的正逆解析解，讨论了该机构的输入一输出运动解耦性；用连续法对该机构进行了位置正解的数值计算。     

两平移一转动并联机构位置分析及运动学仿真

设计提出了一种两平移一转动并联机构,进行了结构学分析,包括其自由度计算及输出运动类型分析;给出了位置分析的正、逆解。通过SolidWorks及与其无缝集成的运动学分析模块—Cos-mosMotion,开发了该机构的三维实体模型并进行了运动学仿真。分析表明,该机构的位置分析求解容易,易于实时控制,可广泛应用于工业装配机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域,同时验证了该机构的正确性。     

任意平面机构运动、动力分析的一种新方法（一）─—结构单元的划分及其运动、动力分析模型

基于平面机构结构理论研究的单开链法与空间机器人机构运动分析与动力分析的影响系数法，本文连同其第二部分提出了一般平面闭链机构运动分析与动力分析的一种新方法，该方法以结构因子为零的单开链作为机构结构单元，建立运动学、动力学方程。其主要特点是：所需求解的非线性位置分析方程组程组维数最低、便于求解；动力分析与运动分析过程相统一，反映了运动分析、动力分析过程的内在联系。本文作为新方法的第一部分，主要讨论平面机构结构单元的划分及机构结构单元运动分析、动力分析模型的建立。