基于3-(RRR)E(RR)S并联机构的多运动模式分析

目的 多模式机器人具有智能型可重构和变结构特性的能力，能够主动或被动适应多变的环境，设计一种能够在包装工程领域应用的多运动模式并联机构。方法 从螺旋理论出发，通过研究线矢量与偶量在不同几何空间中的相关性，得出在一定条件下约束力可以转化为法向约束力偶，为并联机构实现多模式运动提供了理论支撑。结果 通过3-(RRR)E(RR)S并联机构变形，得出该机构的具有3R、2T1R和2R1T等3种运动模式，在各种运动模式下的自由度均为3，具有全周性。结论 基于3-(RRR)E(RR)S并联机构，通过变化支链约束力线矢空间位置关系来改变机构的约束条件，使该并联机构能够实现3R、2T1R和2R1T多模式运动，满足物流分拣、抓放定位、产品空间姿态调整等需求。     

2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构的运动学分析及应用

目的 针对产品加工包装流水线上的印刷和装箱环节,提出一种具有双构型的2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构。方法 基于螺旋理论,分析得出机构在2种构型下自由度的数目及性质;根据修正的Kutzbach-Grübler公式,验证自由度的计算结果;采用封闭矢量法计算2种模式下机构的运动学反解;求解机构在2种模式下的可达工作空间;分析应用实例,研究机构在进行印刷和装箱2个环节作业时驱动支链线位移的变化,使得机构满足喷码和装箱工作需求。结果 2-UPS/UPR/(rT)PS并联机构具有2R1T、2R2T等2种运动模式,工作空间内部连续。结论 2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构通过运动副轴线变化,使机构可在2R1T、2R2T这2种运动模式下进行切换,可应用于产品印刷、装箱环节。     

RxPzRy型2R1T部分解耦并联机构设计与分析

目的分析部分解耦的2R1T并联机构驱动副旋量特征,从而设计一类新型的部分解耦的RxPzRy型2R1T并联机构。方法基于完全解耦的并联机构的输入输出关系,将动平台角速度在定坐标系轴线方向的分量,变换为XYZ欧拉角角速度分量,得到角速度的完全解耦的分块雅可比矩阵,得到具有多个转动自由度机构的输出与输入部分解耦的关系。结果设计了一种新型部分解耦2R1T并联机构,分析表明该机构部分解耦。结论对于RxPzRy型2R1T并联机构在解耦设计时,使用旋量理论得到的关于角速度的雅克比矩阵不适用于具有多个转动自由度的并联机构完全解耦设计,使用文中提出的变换矩阵将其变换为关于欧拉角的角速度的雅克比矩阵,可以得到相应的对角矩阵,这种方法可以用来对具有多个转动自由度的并联机构完全解耦设计。     

空间4R球面机构作为转动副的3RPS并联机构运动学分析

目的设计一种新型3RsPS并联机构,使得机构可以输出3个转动自由度与3个移动自由度耦合的运动。方法根据机构的几何关系,在4R空间机构连杆运动学分析的基础上,建立该机构的运动学方程,使用消元法对其运动学正、逆解进行了求解。使用空间4R机构替换3RPS并联机构的转动副,使得该机构在初始位形下的结构,与3RPS并联机构等效。结果使用Matlab计算得到了运动学方程消元后方程的最高次数,从而得到了运动学正解最多的个数。该机构具有3个自由度,3个移动输出和3个转动输出耦合,机构的运动学正解最多有16个,这与3RPS最多拥有的正解数目一致。结论得到了一种新型的3RsPS机构,该机构的特征为RS副的转动轴线是在空间变化的,该机构的输出为三维移动伴随三维转动,具有此类运动模式的并联机构在不规则形状的产品分拣筛选时,具有一定应用前景。     

一种用于物流快递分拣的2-RPU/2-SPU并联机构设计

目的 针对目前大量的快递件需要进行分拣和搬运,为解决人力成本问题并提高物流线上的自动化程度,提出一种2-RPU/2-SPU并联机构。方法 用螺旋理论对此机构进行自由度分析,求出此机构的运动约束。通过闭环矢量法求出该机构的位置逆解和各个支链间的相互约束条件。通过逆解和约束对该机构的运动进行仿真,求出此机构的可达工作范围。结果 2-RPU/2-SPU并联机构具有两转两移（2R2T）4个自由度,分别是沿y_a轴移动,沿z_a轴移动,绕x_a轴转动,绕y_a轴转动,动作较灵活,工作空间范围较大,并且在机构运动过程中没有出现奇异位形的情况。结论 2-RPU/2-SPU并联机构具有较大的工作范围,可以在物流线上进行分拣工作,并且在分拣过程中可以实现快速、精准控制,工作过程较灵活,运动性能良好,其中2R2T的运动性能能更好地适应分拣机构斜置时的分拣。     

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

2-SPR/UPU新型并联机构运动性能分析

目的 针对流水线中对安全质量有要求的产品分拣过程,提出一种2-SPR/UPU并联机构为主体的机器人,用于产品的分拣与装箱,便于减少人力,提高效率.方法 首先用螺旋理论和修正的G-K公式对并联机构进行自由度的分析;其次采用封闭矢量法求解机构的位置反解;最后利用SolidWorks软件求解机构的工作空间,并在Matlab中进行编程绘制出机构的空间图.结果 该并联机构具有3个自由度(两转一移),在X,Y,Z 3个方向的空间运动范围分别是-35°～35°,-35°～35°,290～380 mm.机构的工作空间呈蜘蛛网状,内部连续无空洞,说明其工作空间没有奇异点的出现,运动性能良好.结论 2-SPR/UPU并联机构结构简单、平稳性良好且工作空间范围大,其具有的两转一移特性可以提高产品的检测分拣与装箱的效率.     

一种可重构的空间开/闭链6R移动并联机构的设计与分析

移动并联机构的结构和运动模式对其移动性能的影响较大,而传统移动并联机构无法通过切换运动模式来适应复杂的地形环境。为提高移动并联机构的地形适应能力,以平面开/闭链6R（转动副）机构为基本单元,设计了一种可重构的空间开/闭链6R移动并联机构。通过控制单环6R机构的打开与闭合,该可重构移动并联机构可实现3种运动模式。其中,折叠模式时用于携带与储运;足式越障模式时可通过调节转动副角度来适应地面行走;滚动模式时可通过杆件的交替铺展支撑来实现在平面、凹凸或松软地面上的滚动。通过对可重构的空间开/闭链6R移动并联机构进行自由度分析和驱动配置,建立了该机构的运动学模型,并对其足式越障性能以及滚动模式在多种地形下的可行性进行分析。最后通过仿真分析来验证该机构的结构设计及其运动学模型的正确性。结果表明,可重构的空间开/闭链6R移动并联机构的3种运动模式均具有可行性和有效性,其稳定性和环境适应能力较为优良。研究结果为可重构移动机构的设计提供了参考。     

一种装箱作业并联机器人机构的运动性能

目的针对目前食品、药品等装箱作业要求,将一种新型二自由度平面并联机器人用于装箱生产线的作业机构,并对其进行运动性能研究,确定其能否满足生产要求。方法对并联机构进行运动学分析,建立并联机器人的雅可比矩阵,利用几何法求解位置正、逆解;引入稳定性、运动分辨率和刚度性能指标,对机构进行运动性能分析,绘制稳定性和运动分辨率在工作空间内的性能分布图谱,研究机构在竖直方向上的刚度性能。结果该并联机构在实际装箱作业中的运动性能较为稳定,抓取或者放置物体阶段具有较高精度,且竖直方向的刚度较高。结论该新型二自由度平面并联机器人能够满足产品的装箱作业,在实际装箱作业中取得了广泛应用。     

基于2-RPS/UPRS并联机构的自动分拣机运动分析

目的 针对目前物流行业大都采用人工分拣,耗费了大量人力成本的问题,提出一种新型2-RPS/UPRS并联机构来解决这一问题.方法 首先进行机构的自由度分析和工作空间仿真,以验证2-RPS/UPRS并联机构是否具有较大的工作空间.基于螺旋理论进行空间并联机构自由度分析,在三维软件中建模,添加合适的驱动验证其自由度.通过闭环矢量法和运动支链参数D-H矩阵表示法求解机构动平台的位置逆解.最后在Matlab程序中进行工作空间的仿真分析.结果 2-RPS/UPRS并联机构末端执行器在空间中具有2个转动自由度,2个方向的移动自由度.工作空间形状规则,无奇异位型.结论 基于2-RPS/UPRS并联机构的分拣装置结构简单,可以在生产线上实现精准控制.该并联机构两转两移的运动特性能适应不同倾斜角斜面的分拣任务.     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

一种含有闭环单元的并联机构运动学分析

目的针对自动包装生产线上快速、高精度的分拣,提出一种含有闭环单元的2-UPS/(S+SPR)R并联机构。方法利用螺旋理论建立2-UPS/(S+SPR)R的旋转矩阵,得到机构的自由度。采用闭环矢量法计算出机构的位置逆解。在SolidWorks中,通过Motion分析得到工作空间的所有数据点坐标,然后将全部的数据点导入Matlab,绘制出机构有效的工作空间。结果求解显示该并联机构有绕x轴转动、绕y轴转动和沿y方向移动等3个自由度,得到盾牌形弧状的工作空间。结论该机构具有较大的运动空间,且灵活性好,能够有效地提高包装工作效率。