(3-RPR+R)&UPS并联机构的静刚度分析

针对提出的新型(3-RPR+R)&UPS并联机构,首先,利用解析矢量法建立了其位置逆解方程;其次,基于螺旋理论对该并联机构约束力螺旋进行了分析,并在分析各约束力螺旋所产生弹性变形的基础上,构建了各驱动支链约束力螺旋系刚度矩阵;随后,又根据机构动平台力平衡条件得到了该机构整体刚度矩阵和柔度矩阵,建立了该并联机构刚度模型;...     

考虑杆件空间复合弹性变形的过约束并联机构受力分析方法

以3-PRRR三自由度移动并联机构为例提出一种考虑杆件空间复合弹性变形(包括弯曲、拉伸和扭转变形)的过约束并联机构受力分析方法。提出并定义分支约束力螺旋系刚度矩阵,建立分支约束力螺旋系幅值与分支末端弹性变形之间的映射关系;然后结合动平台受力平衡方程推导得到了分支约束力螺旋系幅值的一般解析表达式,分析施加给动平台的约束力螺旋与运动副实际约束反力之间的内在联系,从而求解得到了驱动力和所有被动运动副的约束反力。基于ADAMS仿真软件提出了一种建立过约束并联机构受力仿真模型的方法,所建刚柔混合模型与理论模型完全一致,且仿真结果与理论计算结果的最大误差不超过2%,有效地验证了提出的过约束并联机构受力分析的正确性。     

一种过约束并联机构受力分析的方法

将一般过约束并联机构定义的过约束称为被动过约束,冗余驱动并联机构引入的过约束称为主动过约束,进而将过约束并联机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和冗余驱动过约束并联机构。详细地描述了被动过约束并联机构和冗余驱动并联机构受力分析的国内外研究现状,提出了一种过约束并联机构受力分析的方法。该方法定义了分支约束力螺旋系刚度矩阵,考虑连杆及驱动器的弹性变形,推导得到了约束力螺旋系幅值的一般解析表达式。该方法适用于一般的过约束并联机构的受力分析,通用性较强。     

新型过约束并联机构2RPU+UPU动力学模型

提出一种新型的过约束2RPU+UPU机构,该机构的两个RPU分支一共提供了4个约束,但由于机构运动副的特殊布置,其中的两个约束为过约束.机构中的UPU分支为机构提供了一个约束力.建立该机构的速度约束方程,并基于此分析了该机构的自由度.建立该机构的几何约束方程,确立表达机构末端位姿的独立运动参数.导出机构上平台的位姿、速度和加速度耦合关系.求解该机构的运动学反解、速度、加速度,建立机构RPU分支和UPU分支详尽的运动学模型.基于虚功原理和该机构的运动学模型建立该机构的动力学模型,并采用Matlab软件对该机构动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确.所用的方法同样适合于其他过约束并联机构.     

一种少自由度3-SPR并联机构的刚度和弹性变形分析

针对并联机构中的约束反力会影响机构的刚度和产生弹性变形的问题,以传统的3-SPR并联机构为例,采用基于驱动/被动约束力求解其总刚度矩阵和弹性变形的方法。首先,分析该并联机构受力位置并确定驱动/被动约束力的姿态。然后,分析该机构的驱动约束分支的弹性变形,导出驱动约束分支的伴随矩阵。最后求解出该并联机构的总刚度矩阵和弹性变形。得到结论:当建立3-SPR并联机构的总刚度矩阵和求解弹性变形时,必须考虑约束力/矩的影响。     

基于加权广义逆求解被动过约束刚-柔耦合并联机构的受力问题*

提出一种直接应用力映射矩阵的加权广义逆求解一般被动过约束并联机构(指分支提供给动平台的约束力/力偶数目大于等于1的被动过约束并联机构)的超静定受力问题的方法。基于小变形叠加原理和螺旋理论得到了分支约束力螺旋系刚度矩阵的一般表达式。推导一般被动过约束并联机构的各分支约束力螺旋系幅值与六维外力之间的映射关系式,进而证明了该关系式恰好是力映射矩阵的加权广义逆,其中加权矩阵为各分支约束力螺旋系刚度矩阵组成的分块对角阵的逆。以3-RRC空间三自由度被动过约束并联机构和一个并联振动平台为例,直接应用加权广义逆求解了机构各分支约束力螺旋系的幅值,并进行仿真验证。基于加权广义逆求解被动过约束并联机构的超静定受力问题大大简化了求解过程且解的形式统一、简单。     

3/6-SPS 并联机构刚度和弹性变形的解析法分析

针对并联机构中机构的刚度和弹性变形随外载荷变化的问题,以3/6-SPS 并联机构为例,采用解析法求解分析其总刚度矩阵和弹性变形。首先,分析该并联机构受力位置并确定驱动力及其姿态;然后,分析该机构的驱动约束分支的弹性变形,导出驱动约束分支的伴随矩阵;最后求解出该并联机构的总刚度矩阵和弹性变形。得到结论：当建立3/6-SPS 并联机构的总刚度矩阵和求解弹性变形时,必须理清刚度和位姿、广义六维力之间的关系。     

空间3-UPS并联机构关节约束反力分析

针对空间机构系统关节力计算复杂,对3-UPS并联机构关节约束反力进行力学分析,在考虑拉格朗日乘子与空间机构约束反力关系的情况下,基于拉格朗日增广法计算了该空间并联机构的关节反力,同时用牛顿欧拉法对其计算结果进行验证,通过Adams软件与Matlab软件联合仿真,并将两种计算结果进行对比分析。结果表明,两种方法计算所得该空间机构关节约束反力的大小基本一致,误差在0.5%～1.2%之间,误差相对较小,验证了通过引入拉格朗日乘子,运用拉格朗日增广法计算空间机构关节约束反力方法的正确性,为空间机构力学分析提供了一定的参考依据。     

基于牛顿欧拉法的一种空间被动过约束并联机构动力学建模方法

以4-RPTR四自由度空间被动过约束(冗余约束)并联机构为研究对象,采用牛顿欧拉法结合补充变形协调方程对其进行动力学分析。基于牛顿欧拉法所建动力学方程为78个,但是由于该机构被动过约束的存在,所要求解的未知量为80个,当按照平面被动过约束机构的方法补充8个变形协调方程时,会与所建的78个方程线性相关,导致方程组无法求解。基于此,提出进行被动过约束并联机构动力学建模时,应首先分析机构产生被动过约束的原因,在此基础上,引入冗余约束力(力矩)引起的杆件变形与末端平台位姿误差的关系作为补充方程,能够保证方程组线性无关,可以求解。为此,引入直接引起冗余约束的转动关节约束力矩产生的杆件变形与末端平台位姿误差的关系,补充了8个变形协调方程,同时引入了6个未知量,从而得到86个方程,包含86个未知量,且方程组线性无关,得到了该机构的动力学全解模型。基于Matlab和ADAMS软件对该机构进行动力学仿真,在平台末端给定相同运动轨迹的情况下,对比两种方法仿真所得机构驱动力变化曲线,可以看出所建动力学模型的正确性。为该类空间被动过约束机构进行动力学建模提供了一个新的思路。     

2-RPU/UPR并联机构自由度和位置分析

2-RPU/UPR是一种具有两转一移(2R1T)的并联机构,首先对该机构的组成进行了介绍,然后基于螺旋理论建立2-RPU/UPR并联机构的初始位形,并对其自由度进行了分析;根据动平台绕两条连续转动轴线转动的角度,采用旋转变换公式得到了动平台的位姿,由机构支链的约束条件,求解得出了并联机构的位置反解;又由空间的坐标向量关系及性质系再次推导出了该并联机构的位置反解。该机构结构简单、关节数目少的特点,易于标定和控制,故具较好的应用前景。     

一种新型5自由度并联机构刚度分析

提出了一种新型含平面分支的少自由度并联机构。建立了该并联机构的虚拟样机模型,并分析了机构的自由度及结构特点。通过对平面闭环分支及约束分支的速度解析,推导了机构的6×6的雅克比矩阵。综合考虑了平面分支中上、下横梁的弹性变形及SPR分支中约束力作用下的弹性变形对并联机构刚度的影响,建立了该机构的整体刚度矩阵。将理论解析解与软件Solidworks Simulation的仿真结果对比,验证了所建刚度模型的正确性,为含平面分支少自由度并联机构的开发和应用提供了理论基础。     

新型3-(2UPU)并联机构的动刚度分析

针对工程输送装配生产线的实际应用需求,以三平度并联机构3-(2UPU)为研究对象,对机构进行运动学分析。利用坐标变换对该机构进行运动学逆解分析,推导出映射机构主动关节输入速度矢量和动平台输出速度矢量关系的雅可比矩阵。从动平台所受外力和发生位移的关系,建立了基于守恒协调转换的刚度模型,并给出了机构刚度的衡量指标。通过具体算例,绘制了机构在工作空间的刚度分布情况。结果表明,该机构具有良好的刚度性能,能够满足实际应用需求。     

一种新型并联机构2-RPU/UPU位置逆解及工作空间分析

根据并联机构2-RPU/UPU独特的结构布局,该机构为过约束并联机构,在Pro/E中建立机构的三维模型,应用螺旋理论对机构进行自由度分析,得到动平台的运动规律,通过机构空间坐标变换求得该机构位置逆解表达式,最后采用MATLAB中Simmechanics工具箱编程求解机构的工作空间。     

新型6-PSS并联机器人工作空间分析

提出一种由Stewart平台演绎而来的正交6－PSS并联机器人新机型，介绍其结构布局特点，基于位置反解及其结构约束条件，绘制其工作空间的轮廓图，并定量分析该并联机器人RPY角和机构尺寸参数对其工作空间大小的影响，为该并联机器人的设计与实用化提供理论依据。     

一种2PUU+2PUS并联机构的位置与工作空间分析

对2PUU+2PUS并联机构进行了分析研究.运用解析几何中的坐标变换理论,求得了该机构位置反解的显式表达式,给出了求解位置正解的方法,并进行了数值验证;采用CAD变量几何法确定了该并联机构的工作空间边界点,并利用小型CAD软件对工作空间进行了三维可视化描述,从而给出工作空间一种有效的计算方法.     

一种2SPS+UPR并联机构的位置与工作空间分析

对2SPS+UPR并联机构进行了分析研究。运用解析几何中的坐标变换理论,求得了该机构位置反解的显式表达式,利用数值仿真验证了位置反解数据;采用CAD变量几何法确定了该并联机构的工作空间边界曲面,并利用小型CAD软件对工作空间进行了三维可视化描述,从而给出工作空间一种有效的计算方法。     

一种新型三自由度平面并联机构的运动学研究

文中提出一种新型的三自由度平面并联机构,对其结构特点进行概述,并且针对其进行了运动学正解和逆解分析,得出了四组正解装配模式和八种逆解工作模式.另外利用极坐标搜索法得到了机构的定姿态工作空间,画出了其工作空间分布图.     

新型4自由度并联机器人运动学分析

研究一种新型3-RRUR并联机器人,这类并联机器人结构简单对称,刚度大,可用于实现高精度装配,也可用来开发力传感器或构造并联机床以及微动机器人,且分支中不含移动副,便于使用维护。首先利用螺旋理论,建立分支运动螺旋系,然后求解各分支对运动平台的约束螺旋,分析约束螺旋系,在此基础上确定3-RRUR并联机器人的自由度数是4,自由度性质为三维移动和一维转动,转动轴线垂直于固定平台与3个分支相连接的运动副轴线所在的平面。再以反螺旋理论为基础,采用刚化驱动运动副后分析运动平台所受约束性质和约束相关性的方法,给出合理的输入方案。并结合自由度性质分析,建立约束方程,进行运动学正反解,给出相应的算例。研究结果将对推动此类机器人的应用起重要作用。