基于分形理论的三转动混联机构型综合

基于分形理论和机构拓扑图,提出了一种有效的三转动混联机构型综合与分析方法。首先,介绍了机构拓扑图和分形理论的概念及联系;接着,叙述了机构的运动特征和运算法则;然后,根据上述条件建立了混联机构与分形的关系模型,从而归纳出混联机构构型综合的具体步骤,并综合出具有三转动运动特征的混联机构;最后,提出了混联机构运动特征的分析方法,并以此方法,分析了所综合出的三转动混联机构的末端运动特征,从而验证了该构型的正确性,证实本文所述方法的可行性。     

三平移混联机构型综合

针对三平移三自由度混联机构,基于分形理论和机构拓扑图,提出了一种有效的型综合与分析方法。首先,介绍了机构拓扑图和分形理论的概念及联系;其次,叙述了机构的运动特征和运算法则;再次,建立了混联机构与分形的关系模型,从而归纳出混联机构构型综合的具体步骤,并综合出具有三平移运动特征的混联机构;最后,提出了混联机构运动特征的分析方法,并按该方法分析了所综合出的三平移混联机构的末端运动特征,从而验证了该构型的正确性,证实了所提出方法的可行性。     

解耦混联机构的构型综合

为综合得到解耦混联机器人构型,基于GF集理论提出一种简单而有效的解耦混联机构型综合方法及其构型法则。首先阐述GF集的概念及运算法则;其次通过GF集元素组合和转动轴线迁移定理构造混联拓扑结构,并给出机构输入运动副选择原则和解耦分支设计准则,确保了混联机构运动解耦性;然后根据该构型综合原理,完成2T2R四自由度解耦混联机构型综合具体过程;最后,针对所综合的解耦混联机构,运用混联机构末端分析方法求解其机构的自由度,同时求得其雅克比矩阵,验证了该机构的解耦特性,进一步证明了该构型方法的有效性。     

基于G_F集理论的3T2R并联机构型综合

针对工业应用中的一类并联机构——3T2R并联机构,提出了基于G_F集构型理论的并联机构型综合方法,给出了3T2R并联机构的构型综合的具体步骤。结合具体3T2R并联机构的应用参数需求,最终筛选出部分具有确定末端运动特征的3T2R并联机构。从中选出3-PPPR1R2为研究对象,运用ADAMS对该机构进行了运动学和动力学分析,验证了基于G_F集构型理论的并联机构型综合所选3T2R并联机构的正确性。     

基于GF集的3T1R类并联机构构型研究

GF集是一种特殊的集合,用于对机构末端的运动特征进行描述.首先介绍GF集的基本概念和基于GF集的并联机构构型方法,而后提出了基于GF集的3T1R并联机构构型方法.根据该构型方法,得到可构成3T1R类并联机构的GF集的各种组成方式,并列举出具有确定运动特征的支链.最后,根据GF集的求交运算法则,构造了3T1R类并联机构.     

基于螺旋理论和自由度分配的混联机器人构型综合

合理的混联机构设计结合了串联机构和并联机构的优点,但是混联机构构型是机构设计中的难点。针对这一问题,提出一种基于螺旋理论和自由度分配原理的混联机器人构型综合方法,并通过四自由度混联机器人构型过程对该方法进行了验证。通过螺旋支链法完成并联机构构型,得到二、三自由度并联机构;根据自由度分配的原理,结合期望自由度对自由度进行分配,并进行四自由度混联机器人构型综合,得到了一系列四自由度混联机器人构型。     

平面3-DOF混联机构构型综合及其同构分析

通过应用Assur杆组法及图论理论对平面3-DOF全转动副机构进行了构件分类和构件组合,得到了一种最基本的3条支链对称的运动链结构。然后运用拓扑胚图插点法画出了其拓扑胚图,对其支链进行分类并插入拓扑胚图中,再进行同构分析得到了6种运动链构型。最后,运用一种新的基于构件关系的图论描述方法推导出了此机构的混联构型,并对其进行了应用研究。这些为以后非全转动副平面3-DOF机构的研究打下了基础。同时,通过研究平面3-DOF机构也更加有利于空间少自由度机构的研究。     

基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法及应用

混联机器人机构兼有并联机构刚度好、定位精确及串联机构工作空间大、控制解耦性好等两方面的综合性能及优点,其设计的关键是基于操作器方位特征集的串(并)联自由度数目和顺序分配、组合方式及新型少自由度并联机构模块的构造及其性能评价.提出基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法,提出单点作业、多点协同作业二类混联机器人的定义、符号表示方法并分析其优缺点;给出按这二类作业方式设计3～5自由度混联机器人分别可能构造出的全部结构组合方案、设计原则和步骤;据此,创新设计出多种新颖结构的混联机器人机构实例,并研制单喷枪、三喷枪协同二款五轴混联高速喷涂机器人,比较这二种结构的性能优劣.研究为混联机器人机构的机型设计提供了一种一般性方法,为复杂先进装备的创新研制提供了机构设计的基础.     

混联机器人的分析与研究

串联机器人需在各关节上设置驱动装置,故各动臂的运动惯量较大,因而不宜实现高速或超高速操作。混联机构兼有并联机构刚度大和串联机构工作空间大的优点 混联机器人的研究关键是构造新型少自由度并联机构。新型并联双自由度转动关节（RGRR-1）可以实现运动解耦 其活动构件少,仅有3个活动构件 工作空间大,可以实现绕固定坐标系Z轴的摆动,幅度为-90°—90°,以及绕摆动轴X1轴的360°的转动 与串联双自由度转动关节相比,具有刚度好的优点。利用RGRR-1构造的混联机器人,具有刚度高、结构紧凑、工作空间大、制造容易等优点。     

RGRR-Ι构造混联6R机器人

新型并联双自由度转动关节(RGRR-Ⅰ)活动构件少、工作空间大,利用RGRR-Ⅰ构造混联6R机器人可以实现高刚度、大工作空间、机构紧凑等。提出混联机构的求解新方法,即建立少自由度并联机构的运动坐标参数与机构运动输入参数之间的关系,把混联机构的求解转化为各少自由度并联机构的求解和运动坐标参数之间的串联求解,降低了求解难度,可以方便地推导出位置的正解和反解。此方法对其他混联机器人的运动学分析有借鉴作用。     

三转一移解耦并联机构型综合

通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原则和螺旋理论提出了三转一移(3R1T)解耦并联机构构型综合方法。首先,基于解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据解耦并联机构分支组合原则,依次选取四条支链连接动平台和定平台,得到3R1T解耦并联机构。综合的解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,属于解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有一定的应用前景。     

Type Synthesis for 4-DOF Parallel Press Mechanism Using GF Set Theory

Parallel mechanisms is used in the large capacity servo press to avoid the over-constraint of the traditional redundant actuation. Currently, the researches mainly focus on the performance analysis for...     

无耦合完全各向同性1T1R并联机器人机构构型综合

基于螺旋理论对具有无耦合、完全各向同性特点的1T1R并联机构进行了构型综合,综合的并联机构采用支链独立驱动原则,即并联机构的输出运动是由独立的输入驱动提供的。首先根据期望1T1R并联机构的运动特征(沿Z轴的移动和绕Z轴的转动)和完全各向同性并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;其次根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据约束螺旋理论依次取出两条支链连接动平台和定平台得到并联机构。通过这种方法得到大量无耦合完全各向同性1T1R并联机构。最后对综合出的一种并联机构进行了运动学分析,验证了构型方法的正确性。     

一类1T2R并联机构拓扑结构综合及优选

研究了一类1T2R并联机构拓扑结构综合和优选。应用平面机构的组成原理和约束特性,将1T2R并联机构拓扑结构视为由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成。统筹考虑机构位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、机器人模块可重构性、位置逆解简易性和动平台结构紧凑性等准则,完成1T2R并联机构拓扑结构优选及性能验证。在此基础上,提出一种可继承Tricept机器人优点的新型五自由度混联机器人模块,该模块具有与Tricept机器人完全相同的运动学性能,且绝大部分部件可与Tricept机器人互换。     

一种并联机构末端特征分析方法

GF集是对机构末端运动特征进行描述的集合.首先介绍GF集的基本概念,而后提出基于GF集的并联机器人机构末端运动特征分析方法.给出利用该方法进行机构末端特征分析的步骤,最后分析了4-UPU并联机器人机构,验证了该方法的正确性和有效性.     

基于方位特征集的两转动（0T-2R）并联机构的型综合及其应用

应用基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计理论与方法,对两转动（0T-2R）输出的并联机构进行了型综合;在阐述基于方位特征集的并联机构型综合一般过程和步骤的基础上,给出了两转动输出并联机构拓扑结构设计的具体方法,综合得到了14种两转动输出并联机构,其中,6种机构为该方法综合得到,然后按它们的结构特性进行了初步分类,并将优选的一种两转动并联机构用于太阳能二轴跟踪机构的研制。该型综合方法运算规则少,数学方法简单,几何与物理意义明确,适用于所有无过约束和一般过约束机构。     

基于方位特征方法的串联机构型综合的计算机自动生成

研究了基于方位特征（POC）集方法的串联机构型综合的算法及其计算机自动化实现方法。建立了串联机构型综合的算法,提出了一种新的串联机构末端构件方位特征集移动/转动维数及方向的表述方法;详细说明了基于C语言的n-DOF串联机构型综合的算法及其程序自动实现过程;使用MATLAB设计该程序的界面,优化了该程序人机交互的友好性;以4-DOF串联机构型综合为例说明,该程序可自动生成理论上存在的10种1T3R、23种2T2R、85种3T1R串联机构构型。使用该程序进行串联机构型综合,仅需用户键入期望生成机构的方位特征集,即可自动生成符合预期要求的串联机构,操作简单、方便,具有较好的实用性。     

1R1T远程运动中心机构的型综合

多自由度远程运动中心机构是微创手术机器人的关键部分之一。现有的远程运动中心机构通常采用直线运动单元实现器械沿轴线的移动,这种方式占用末端空间大,容易发生干涉。基于仿图仪机构提出一种末端紧凑型1R1T远程运动中心机构的型综合的新方法,这类1R1T远程运动中心机构可用于构造更高自由度的远程运动中心机构。依据仿图仪机构所属几何变换对其进行分类,并定义仿图仪机构之间的等价关系。通过结合两个相互等价的仿图仪机构,提出刚体运动跟踪机构的概念。在此基础上提出一种1R1T远程运动中心机构的型综合方法:通过刚体运动跟踪机构将1R1T机构中输出连杆的运动模式复制到远端,从而构成1R1T远程运动中心机构。通过该方法得到若干适合微创手术机器人的新构型。     

3T-2R五自由度并联机构的型综合

基于单开链单元的并联机构结构组成原理,提出了一些三平移两转动五自由度(3T-2R 5-DOF)的新的单开链。使用拓扑结构的设计原理和方法,全面综合了3T-2R 5-DOF并联机构的机型,得出了一些新机型。所有机型都满足主动副配置在静平台上的要求,便于控制。分析了机型的主动副的配置及其耦合度等基本特征,通过ADAMS软件验证了机型的正确性,并将研究结果列于表中。这些机型具有更强的实用性,它们为三平移两转动机型的优选提供了参考依据。