一种5轴混联加工中心的位姿正逆解分析

为了解决目前纯并联机床存在的问题,研究了一种新型5轴混联加工中心结构,该新型结构具有工作空间大、静动态刚度好的优点.针对其运动参数间存在较强的耦合性,给出了运动平台姿态参数与位置参数间的数学解耦关系,将解析法和数值法相结合,对其位姿逆解进行了详细的推导,同时借助改进的杆长逼近法,进行了位姿正解的推导.实例验证结果表明算法正确、有效.该算法对混联机构的运动分析具有一定的参考意义.     

3-PRS并联式钻尖刃磨机床运动学研究

机构的运动学分析是揭示机构运动本质的手段,并联机构的自由度分析是机构运动分析的基础,只有正确地分析出并联机构的自由度才能正确地描述其动平台的位姿.本文首先分析了3-PRS并联式钻尖刃磨机床的自由度,并确定描述此机构动平台的位姿（位置和姿态）参数,然后对此机床的位置反解进行了较详细的分析.     

一种新型混联手术机器人的运动学分析

根据手术机器人手术操作空间和运动特性要求,提出一种具有冗余8自由度的新型混联手术机器人结构.该混联结构由SCARA(PRR)串联机构和一个2自由度并联转动机构相结合而成.通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,解决了该机器人逆运动学解析解的问题,得到了运动学特征方程;运用蒙特卡洛法求解出机器人的工作空间云点区域分布,得到了由随机点构成的手术工作空间.理论分析和实际仿真结果表明该机器人结构具有良好的运动特性,并满足实际手术动作的工作空间要求,为手术机器人的详细结构设计提供了可靠的理论依据.     

一种水陆两栖机器人的两移两转串并混联腿机构

为了适应水陆两栖机器人的复杂工作环境,提出一种同时拥有直线驱动和转动驱动的串并混联四足步行机器人。将串并混联机器人腿部机构简化为2UPU-UPR并联机构,并运用螺旋理论分析该并联机构的自由度特性,Y方向的位置和Z方向的姿态是影响机构运动的两个独立变量。推导出了2UPU-UPR并联机构的运动学反解及其速度雅克比矩阵,并根据速度雅克比矩阵分析了该机构的三类运动学奇异位形,2UPU-UPR并联机构没有运动学反解奇异,但是存在四种运动学正解奇异和两种混合奇异。通过对该机构组成的四足机器人进行直行步态规划,验证了机器人的运动稳定性;对一简单实例进行了单腿机构运动学仿真,分析其输入输出变化关系。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。     

少自由度并联机构运动学解析方法研究

对于少自由度的并联机构,基于它在运动时受到的约束力和约束力矩.给出了约束力/约束力矩的判断准则.并推导出了少自由度并联机构统一的雅可比矩阵和Hession矩阵.最后,应用所推导理论,对3-RPS并联机构进行运动学分析.为少自由度并联机构的静力学、动力学解析提供了统一的运算依据.     

含有纯约束分支的无耦合2T型并联机器人构型综合

为解决并联机器人强运动学耦合性问题,提出一种含有纯约束运动分支的无耦合二维移动(2T型)并联机器人的构型综合方法.此类并联机器人的分支运动链包括2种类型:向动平台提供驱动力的主动分支和仅提供约束的纯约束分支.首先基于机构输入-输出运动之间的数学模型和驱动力螺旋理论建立了机构主动分支的结构综合方法;然后根据分支运动特性和约束螺旋理论实现了纯约束运动分支的结构综合;最后按照各分支运动链的配置条件完成了并联机器人的构型综合,得到多种新型机构.对综合出的2种2-RURR/RRR和2-CPR/RPR并联机器人进行自由度和运动分析,基于其雅可比矩阵判断出机构均具有无耦合运动学特性,验证了所提出理论方法的正确性和有效性.     

平地机工作装置混联机构简化位置正解分析

为了研究平地机工作装置的运动学特性,提出工作装置混联机构简化位置正解的分析方法.根据平地机工作装置结构及各部件运动副关系,抽象出工作装置机构模型.基于平地机作业方式特点,对该机构进行分解和分析,确定少自由度并联机构为该机构的主体.利用螺旋理论对该并联机构进行自由度分析,采用数值分析法对该并联机构进行位置正解分析,并基于ADAMS实现平地机工作装置并联机构部分的位置正解分析.现场的物理试验表明,对于工作装置并联机构部分的位置正解,试验结果与计算机仿真结果基本吻合,最大误差不超过3%,满足平地机工作装置的精度要求;从而验证了所提出的分析方法的有效性.依据该理论基础,通过进一步的分析,获得平地机混联机构工作装置的运动学特性,最后讨论该机构设计要点,为工作装置设计和优化奠定理论基础.     

2-UPS/RPR并联机构运动学分析

为得到2-UPS/RPR并联机构运动学特性,首先,运用螺旋定理进行分析得出动平台反螺旋系与运动螺旋系,结合修正的Grübler-Kutzbach公式计算机构自由度.然后,通过位置反解得出末端执行器位姿与各驱动杆位姿函数关系,并结合牛顿迭代法得出位置正解.其次,运用雅可比矩阵映射出末端执行器速度参数.最后,运用Adams软件对2-UPS/RPR并联机构的虚拟样机进行运动学仿真分析,得到动平台位移、角速度、速度、加速度变化曲线云图,结果表明该机构两转一移的特性可适应不同工况下复杂表面的喷涂.     

少自由度并联机构研究进展

各种新型少自由度并联机构的理论和实验研究是近年来国内外机器人领域中十分重要的研究方向和前沿技术。与6自由度并联机构相比,其本质差异在于少自由度并联机构存在结构约束,使并联机构的分支中出现了约束力/矩。当机构运动受到约束,其末端运动呈现耦合。由于结构约束形式各异,使得少自由度并联机构在运动中表现出不同的运动特性。本文综合评述了少自由度并联机构机型、运动学、机构奇异、动力学、刚度研究进展,旨在为各种新型少自由度并联机构研究和相应理论体系的发展提供具有重要价值的信息。     

新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构．运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响．提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义．     

三自由度并联姿态测量机构误差建模

提出了并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端可实现对被测物体六自由度位姿综合测量，通过机构分析得出了被测物体姿态的显式解。对三自由度并联姿态测量机构的测量误差进行建模，姿态角的测量误差以显式给出，测量时各位姿下的测量误差可实时显示，为机构设计参数的优化奠定了基础。     

三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解

考虑到串联结构的六自由度位姿仪在对被测物体进行位姿综合测量时存在的误差累积，影响测量精度，提出并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端来实现被测物体六个自由度的综合测量。通过机构综合来克服并联机构正解困难，经推导得出被测物体姿态的显式解，从而缩短了计算时间，大大提高了测量效率。测量精度分析为三自由度并联结构姿态测量机构设计奠定了基础。     

一种新型五轴并串联机床的工作空间分析

针对6自由度Stewart型并联机床工作空间小的问题,提出一种新型5自由度并串联机床,该机床由一个2-TPR/2-TPS空间四自由度并联机构串联一个可转动的部件组成,具有空间三维移动和两维转动5个自由度.介绍了该机床的结构布局特点,用解析法推导了位置反解方程和输出参数间的解耦关系.采用数值分析的方法生成了该机床的工作空间,分析了结构参数的变化对工作空间的影响.分析的结果表明,该机床机床结构简单,其工作空间较Stewart型并联机床工作空间大,能够完成对具有空间复杂曲面的工件的加工.同时也为该机床的进一步设计和研究提供了理论依据.     

Inverse dynamics and servomotor parameter estimation of a 2-DOF spherical parallel mechanism

A novel reconfigurable 5-DOF hybrid manipulator—TriVariant-B is composed of a 2-DOF spherical parallel mechanism which is serially connected with a 3-DOF open-loop kinematic chain undergoing one translation and two rotations by a prismatic joint. The merit of this design is that a relatively large workspace/limb-stroke ratio can be achieved thanks to the decomposition of the fixed point rotation and the relative translation. In this paper, on the basis of inverse dynamic formulation of the 2-DOF spherical parallel mechanism, an approach is proposed for estimating the servomotor parameters including moment of inertia, rated speed and the maximum torque in a quick manner. The approach has been employed for the development of a prototype for frame cutting process. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50535010 and 50510488)     

Step kinematic calibration of a 3-DOF planar parallel kinematic machine tool

This paper presents a novel step kinematic calibration method for a 3 degree-of-freedom (DOF) planar parallel kinematic machine tool, based on the minimal linear combinations (MLCs) of error parameters. The method using mapping of linear combinations of parameters in error transfer multi-parameters coupling system changes the modeling, identification and error compensation of geometric parameters in the general kinematic calibration into those of linear combinations of parameters. By using the four theorems of the MLCs, the sets of the MLCs that are respectively related to the relative precision and absolute precision are determined. All simple and feasible measurement methods in practice are given, and identification analysis of the set of the MLCs for each measurement is carried out. According to the identification analysis results, a step calibration including step measurement, step identification and step error compensation is determined by taking into account both measurement costs and observability. The experiment shows that the proposed method has the following merits: (1) the parameter errors that cannot influence precision are completely avoided; (2) it reflects the mapping of linear combinations of parameters more accurately and enhances the precision of identification; and (3) the method is robust, efficient and effective, so that the errors in position and orientation are kept at the same order of the measurement noise. Due to these merits, the present method is attractive for the 3-DOF planar parallel kinematic machine tool and can be also applied to other parallel kinematic machine tools with weakly nonlinear kinematics. Supported by the “863” High-Tech Program of China (Grant Nos. 2006AA04Z204 and 2006AA04Z227), National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50775118 and 50605041), the “973” Basic Research Project of China (Grant Nos. 2006CB705406 and 2007CB714000), and Tsinghua Basic Research Foundation (Grant No. JC200701)     

Determination of the workspace of a new coordinate-measuring machine using parallel-link mechanism

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｎａｃｃｕｒａｔｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ (ＣＭＭ )ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｏｌｔｏｍｅａｓｕｒｅｓｐａｔｉａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ .Ｉｔｉｓａｔｙｐｅｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｑｕｉｐ ｍｅｎｔｔｈａｔｅｎｃｏｍｐａｓｓｅｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ,ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ,ｏｐｔｉｃａｌ,ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ .Ｉｔｉｓｉｎｄ…     

自由曲面模具磁力研磨的试验研究

基于三杆五自由度并联机床进行了对自由曲面模具磁力研磨的试验研究.实验分析了利用球型磨头对工件磁力研磨时,磁场强度、研磨间隙、磨粒粒度等因素对自由曲面模具表面研磨质量的影响.利用五自由度并联机床不仅可以去除自由曲面模具表面的切削残留痕迹,降低模具的表面粗糙度,还解决了传统手工研磨方式所引起的工件研磨质量不一致的缺陷.拓宽了三杆五自由度并联机床的应用范围.     

并联机器人设计理论及其关键应用技术研究

并联机器人采用了一种“知识密集”型并联机构,国际上公认并联机构的设计是较困难的热点问题．本文论述了国内外有关并联机器人研究的现状,讨论了并联机器人设计理论和创新方法以及在六维力传感器、六维鼠标、六自由度并联微操作机器人、五轴并联机床等方面的应用．本文对并联机器人研究有重要的理论与实际意义．