一种无汇交轴线对称三转动并联机构的运动分析

传统的三自由度转动并联机构（又称球面并联机构）一般都有一个转动中心,且这个中心点往往是分支间多个运动副轴线的汇交点,这种严格的几何条件给机构的加工制造带来很大的难度,制约了这类机构的应用。针对此,提出了一种无汇交轴线的对称三转动并联机构,其三个分支对称布置,分支内及分支间均无汇交轴线。对机构进行了位置反解,得到了机构四种对称的装配构型;从分支运动奇异、平台约束奇异和驱动奇异三个方面对机构进行了奇异分析;最后给定了一组尺寸参数,采用数值搜索的方法得到了机构的姿态工作空间。通过结果可以看出,该机构可以实现三维转动,具有较大的姿态工作空间,而且制造装配相对容易,具有很好的应用前景。     

2PRS-2PSS并联机构的设计与运动学分析

设计出一种两移动两转动的四自由度2PRS-2PSS并联机构。以该机构的4条分支运动链的主动移动副轴线与静平台的夹角为变量。首先根据方位特征集理论分析了该并联机构的运动输出特性;再基于矢量法对其运动学进行分析,推导出机构的位置和姿态的正解、逆解,进而推导出其速度和加速度方程;然后基于机构雅可比矩阵的奇异性,详细讨论了机构可能存在的奇异位形;最后,通过算例仿真验证了理论分析的正确性。     

轴对称矢量喷管喉道运动学精度分析及实验

推力矢量技术主要通过控制矢量喷管偏转来实现矢量控制,轴对称矢量喷管具有偏转机构设计简便、矢量作用效果明显等优点,其喉道运动是完成喷气收扩的基础,为了研究其运动规律,设计了三环连杆传动控制结构;建立了喉道运动学及精度分析模型,讨论了A8两铰孔位置误差、电机伸缩量误差、两个铰座孔的位置误差、外环厚度方向误差对喉道的误差影响;设计搭建矢量喷管实体实验平台,通过非矢量运动实验,验证运动学及精度分析模型的正确性,为进一步喉道和喷口控制分析奠定一定基础。     

Analysis of the kinematic characteristics of a high-speed parallel robot with Schönflies motion: Mobility,kinematics, and singularity

This study introduces a high-speed parallel robot with Schönflies motion. This robot exhibits a promising prospect in realizing high-speed pick-andplace manipulation for packaging production lines. The robot has four identical limbs and a single platform. Its compact structure and single-platform concept provides this robot with good dynamic response potential. A line graph method based on Grassmann line geometry is used to investigate the mobility characteristics of the proposed robot. A generalized Blanding rule is also introduced into this procedure to realize mutual conversion between the line graphs for motions and constraints. Subsequently, the inverse kinematics is derived, and the singularity issue of the robot is investigated using both qualitative and quantitative approaches. Input and output transmission singularity indices are defined based on the reciprocal product in screw theory and the virtual coefficient by considering motion/force transmission performance. Thereafter, the singular loci of the proposed robot with specific geometric parameters are derived. The mobility analysis, inverse kinematics modeling, and singularity analysis conducted in this study are helpful in developing the robot.     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

面向踝关节康复的四自由度广义球面并联机构运动学性能

针对现有踝关节康复机器人运动特性与人体踝关节实际运动特性存在明显差异,导致人机相容性不理想的问题,基于高匹配度的U₁U₂型踝关节运动拟合模型,提出一种适用于踝关节康复且结构紧凑的四自由度广义球面并联机构。基于螺旋理论分析其运动及约束特性,论证其与踝关节运动拟合模型运动的一致性;分别建立机构的位置及姿态运动学模型,证明了该机构的位置与姿态之间运动学完全解耦;基于雅可比矩阵极其条件数分析,阐明该机构在纯背伸趾屈和纯内外翻运动中均具有运动学的完全各向同性性质,且在踝关节工作空间内具有较好的灵巧性及可操作度,并无奇异位形等病态位置存在,通过数据对比验证该机构具有较好的运动学特性,适用于踝关节康复。     

一种新型3自由度并联机构的奇异性分析

研究一种新型空间3自由度并联机构(HANA)的奇异性。该机构由定平台、动平台和三个联接支链组成，其动平台相对于定平台具有2个移动和1个转动自由度。其结构主要特点是只采用了单自由度的运动副。构型优势主要是转动自由度灵活度高。详细分析了该机构的三类奇异形位，为以后关于该机构的工作空间和转动能力分析以及控制提供基础，特别是基于合理设计的工作空间内无奇异特性将保证该机构拥有很高的转动能力。该机构不仅可以应用在并联机床的设计中，还可以广泛地应用在工业机器人、飞行模拟器和微型机器人等领域。     

双稳态平面并联机构

以提高多自由度并联机构的运动性能为目标,探索柔顺双稳态机构在克服并联机构力奇异问题中的应用。提出一种双稳态凸轮柔顺机构,利用双稳态机构在非稳态位形的非零内力,为并联机构提供柔顺过驱动输入,利用柔顺过驱动输入消除并联机构在运动奇异和力奇异位形时的运动或操作力不确定性。以平面五杆2-DOF并联机构为例进行了机构工作空间分析、运动奇异位形分析、以及力奇异位形分析。计算结果证明采用提出的双稳态凸轮柔顺机构能实现该平面2-DOF机构奇异位形的控制。     

一种非全对称低耦合度三平移一转动并联机构的设计及其运动学

提出一种非全对称的三平移一转动（3T1R）的并联机构,并对其进行拓扑特性分析,发现其耦合度κ较大(κ=2),这表明其位置正解求解复杂。为此,对该机构进行拓扑结构降耦设计,得到一种低耦合度（κ=1）但基本功能(动平台输出方位特征和自由度)不变的降耦机构;然后,根据基于序单开链的机构运动学建模原理,给出了该降耦机构位置正解的一维搜索求解算法及其数值解;通过导出的位置反解公式,对该降耦机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。该降耦机构结构简单、制造容易、工作空间大、转动能力强。     

新型3T2R龙门式混联机床动力学模型

提出了一种以能实现沿X、Z轴平移和绕X、Y轴转动的新型并联机构2-RPU2-UPS作为主体,辅以能实现主体Y轴滑动的直线导轨来共同实现五坐标联动加工的一种新型龙门式混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现3T2R运动原理,计算出该机床的自由度,进行输入选取与论证,并进行机床机构奇异分析,提出减少奇异的参数设计条件。建立该机床的位置反解数学模型,推导出了该机床的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机床的位置反解、速度和加速度。基于虚功原理和该机床的运动学模型建立该机床的动力学模型,并采用Adams软件对该机床动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确。     

六自由度并联运动机床奇异性研究

6-PSS并联运动机床的奇异性分析是6-PSS并联运动机床其它分析的基础,也是空间机构学分析的一个难点。本文首先解释了并联运动机床奇异性特征,通过建立6-PSS并联运动机床结构数学模型,实现了参数化设计。利用螺旋理论空间分析的优势,建立了6-PSS并联运动机床的Plücker坐标,方便地给出机床受力Jacobian矩阵,同时利用Matlab强大数学计算功能,精确的分析出并联机床的奇异性空间,降低了并联运动机床奇异分析的复杂性。     

Analysis and simulation for a parallel drill point grinder

To meet the quality and flexibility requirements of a hole-making process and to overcome the limitations of traditional manual grinding and cam-type automatic grinding in new drill point geometry development, a three degrees of freedom (3-DOF) parallel-mechanism-based drill point grinder is proposed in this paper. With the consideration of different inclination angle configurations of the grinder guideway, the inverse kinematics and the workspace analysis of the parallel grinder are developed; the relationship between the workspace and the structural parameters of the grinder, such as installation pattern, radius of joint distribution circle, length of the links etc. is discussed in detail. A numerical–symbolic method and a net search method are employed in the singularity analysis. The analysis of the kinematics, workspace and singularity provides the basis for understanding the characteristics of the new parallel grinder and also helps in the structural design of the proposed grinder.     

五自由度教学机器人运动学及工作空间分析

以一种教学五自由度机器人为研究对象,对其进行了运动学分析和工作空间仿真。采用D-H方法推算出运动学方程的变换矩阵,得到运动学正解及利用反变换法获得运动学逆解;根据矢量积方法给出了机器人的速度雅可比矩阵。最后利用包络法分组解法求解了该机器人实际工作空间曲面,为该教学机器人的结构优化、动力学分析和运动控制提供了依据。     

一种两转一移完全解耦并联机器人机构及其特性分析

提出一种具有两转动和一移动自由度的完全解耦并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,推导出了该机构位置正反解的解析表达式,进而求得机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,并对机构的奇异性进行了研究。所提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对其进行的性能分析证实了机构解耦特性,从而为其进一步的应用奠定了理论基础。     

6自由度串并联机器人的逆运动学分析

研究了一种新型的6-DOF串并联机构,此串并联机构由一个5-DOF的并联机构串联一个转动副组成。建立了此串并联机构的运动学方程;进行位置反解,并提出一个求解算法——逐次搜索法;分析了机构的奇异位型,根据奇异性提出构型改进措施。通过构建一、二阶影响系数矩阵,对速度和加速度进行分析,基于MATLAB给出了数值仿真。     

NO REVERSE ERROR BALL TRANSMISSION AND FORCE ANALYSIS ON HETERO TYPE SINGLE CYCLOID

ＮＯＲＥＶＥＲＳＥＥＲＲＯＲＢＡＬＬＴＲＡＮＳＭＩＳ－ＳＩＯＮＡＮＤＦＯＲＣＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＮＨＥＴＥＲＯＴＹＰＥＳＩＮＧＬＥＣＹＣＬＯＩＤＮＯＲＥＶＥＲＳＥＥＲＲＯＲＢＡＬＬＴＲＡＮＳＭＩＳ－ＳＩＯＮＡＮＤＦＯＲＣＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＮＨＥＴＥ...     

RoboCup中型组足球机器人主动控球机构设计

针对RoboCup中型组足球机器人主动控球技术研究中缺乏原理分析的问题,分析了主动控球技术的原理,包括：主动控球机构的构型分析、机构控球过程的受力分析和运动学分析。设计了一套主动控球机构和相应的控制方法,并成功地应用于NuBot中型组足球机器人。分析结果表明：根据足球的期望运动对作用在足球上的转矩进行实时控制是机构成功控制足球运动的关键,同时机构主动轮和足球的转速还需满足一定的关系。     

Kinematics of a star-triangle planar parallel manipulator

This paper addresses kinematics of a 3 degree-of-freedom (DOF) planar parallel manipulator called Star-Triangle manipulator. The manipulator has good accuracy and a relatively large singularity-free workspace. First, position analysis of the manipulator is implemented indicating that both the inverse and forward position problems of the manipulator have only one solution. Then, velocity and singularity analyses of the manipulator are carried out and its isotropic configurations are identified using two Jacobian matrices. Based on the isotropic conditions, the workspace of manipulator is determined geometrically and it is shown that all points in the workspace are free of singularities. At last, kinematic accuracy of the manipulator is investigated on the workspace through a kinematic conditioning index (KCI).     

空间单环RPSC机构的运动和奇异分析

单环机构又称单闭链机构,这类机构运动巧妙,在诸多领域有着广泛应用。另外,在工程实际中还常常在开链机构中加入局部闭链以改善动力学性能,增加结构刚度等。介绍一种能够实现垂直Darboux运动(Vertical Darboux motion,VDM)的空间单环RPSC机构,运用螺旋理论对其约束及运动性质进行分析。通过对锁住其驱动关节后的等价机构进行约束分析,确定了该机构的一类特殊驱动奇异,并借助相对直观的几何方法对RPSC机构中存在的这种奇异位形做进一步解释与说明。对机构中RPS分支的主要特点进行概括,并由特殊到一般地提出了一类具有相似特性的单环机构。     

An experimental study on motion error of hexarot parallel manipulator

In this paper, a novel 6-DOF parallel manipulator with coaxial actuated arms is introduced and investigated. This mechanism has six rotating arms, and by rotation of arms about the base, positioning and desired movement of the mechanism is achieved. Sine parallel mechanisms have a nonlinear motion while moving from an initial position to a desired position, investigation of nonlinear error in such mechanisms is of paramount importance. In this paper, inverse and forward kinematics of the mechanism are studied. Nonlinear error of the mechanism’s motion in its workspace is extracted using mid-oscillating circle and kinematic relations as well. Moreover, effective parameters on nonlinear motion error of mechanism are determined. The results obtained by theoretical method are further verified through image processing experimental tests. It is found that the results of the theoretical analysis and experimental test are in good consistency.