新型过约束球面并联式关节机构仿生设计

以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度均衡。对引入的机构中心球面副进行结构改进,大幅扩大了机构实际工作空间。新型仿生关节机构的提出及其结构设计对人形机器人关节的研制具有理论指导意义和实际应用价值。     

新型基于6—PSS三维平台机构的并联微动机器人

提出一种新颖的基于6－PSS并联三维平台机的微动机器人并介绍其结构布局特点,应用Jacobian矩阵和力Jacobian矩阵的子阵,分别对其线速度与角速度和力与力矩的各项同性进行了分析计算,并建立显式的微位移正解和反解方程,为其设计和使用提供理论依据。分析计算结果表明,该微动机器人算法与控制简单,微位移解耦和速度与力向向同性,具有最佳的运动和力传递性能。     

基于正交机构的机器人肩关节静力学分析与结构参数设计

为了增大机器人肩关节的工作空间和承载能力,改善机器人肩关节的通用性与适应性,提出一种基于3-RRR正交球面并联机构的新型机器人肩关节,并对机器人肩关节进行了静力学分析和结构参数设计.首先,应用虚功原理建立机器人肩关节的静力学传递方程;其次,利用矩阵理论中的范数知识,将力雅克比矩阵引入静力学性能评价指标中,定义了机器人肩...     

6-PSS并联机器人动力学模型的牛顿-欧拉方法

给出了动平台的速度、加速度与各个构件的速度、加速度之间的关系,以牛顿-欧拉法为基础,对6-PSS并联机构各个杆件和动平台分别建立牛顿-欧拉方程,并消去其内力,以动平台为研究对象导出6-PSS并联机构动力学方程的开式和闭式形式,最后进行了数值仿真,给出了动平台做一定曲线运动时各驱动力的变化曲线.为基于动力学的控制奠定了基础.     

新型3-PCRNS球面3自由度并联机构

提出一种新型3-PCRNS球面3自由度并联机构,其分支运动链由一个带环形导轨的移动副PC,一个转动副RN (下标N表示三个分支中转动副的轴线都交于一点)和一个球铰S构成。运用约束螺旋理论,对该机构的自由度、奇异位形和输入选取进行分析。在一般非奇异位形下,该机构中三个PCRNS分支运动链对动平台施加三个汇交于机构中心点的约束力,约束机构动平台的3移动自由度,机构具有3转动自由度;在奇异位形下,三个PCRNS分支对动平台施加六个线性相关的约束力,其最大线性无关数为五,机构具有一个绕z轴的瞬时转动自由度。可选用带环形导轨的移动副PC作为主动副,此外该机构动平台绕z轴的转动自由度和其他转动自由度解耦。     

3-RPS并联机构运动与静力特性分析

对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。     

3-PSS柔性并联微操作机器人柔度分析

柔度矩阵建模是进行全柔性机构分析的基础。针对3-PSS型柔性并联微操作机器人,首先基于坐标变换法计算机构单条支链柔度矩阵,并基于此建立机器人整体柔度矩阵模型。然后进行数值算例计算和Ansys有限元仿真分析,并将理论计算结果与有限元分析结果进行对比,验证了柔度矩阵建模的正确性。最后对柔性并联机器人进行了柔度性能分析,并得出了机构的结构参数对柔度的影响规律,分析结果对3-PSS型柔性并联机构的结构优化设计提供了依据。     

PSS型冗余输入并联机构静力学与运动学分析

提出一种8-PSS型冗余输入并联机构,建立了相应的静力学平衡方程,得出了其力雅可比矩阵;用矢量运算方法建立了其速度雅可比矩阵,验证了PSS型冗余输入并联机构的力雅可比矩阵与速度雅可比矩阵的转置关系,并且与冗余输入的数目无关,通过实例表明了上述结论的正确性。     

基于性能图谱的2自由度RR&PRR解耦球面并联机构承载能力研究

2自由度解耦球面并联机构动平台通过两条支链与静平台连接,第1条支链由两个转动副(R)组成,第2条支链由1个移动副(P)、2个转动副(R)组成。在机构设计无量纲法建立2自由度解耦球面并联机构空间模型的基础上,对该机构的承载能力性能指标进行系统的分析,提出了应用性能指标均值及其波动情况描述机构承载能力性能的新方法,以等值线的形式绘制了该机构的承载能力性能图谱。     

并联3-2-1结构新型微操作手及其承载能力分析

以并联6-PSS 3维平台机构为原形，用柔性铰链替代球铰，用柔性框架替代直线移动副，设计了一种新颖的并联3-2-1结构的6自由度微操作手。介绍其结构特点，推导出输入输出微位移方程并对其承载能力进行分析，为其设计和使用提供理论依据。这种微操作手具有分辨率高，微位移解耦，算法和控制简单等优点。     

并联机构承载能力分析

采用显式求解法计算最大外载荷的极大值,提出了一种基于拉格朗日函数的比例法来计算最大外载荷的极小值。为引入构件重力和惯性力的影响,提出等效驱动力的概念,在此基础上将并联机构用于运动模拟台时的承载能力分为静态承载能力和动态承载能力,并基于比例法给出承载能力的计算过程。最后以六自由度并联机构为例,分析了位姿对承载能力和承载性能指标的影响。研究结果为重载并联机构的优化设计和性能评价提供了参考。     

新型球面并联人形机器人踝关节机构静力学性能分析

采用拆杆法建立机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立机构的变形协调补充方程,进而完成二自由度并联人形机器人踝关节机构的静力学分析。通过数值计算,得到在三种外载荷下构件上的各力与机构位姿的关系图。结果表明:外载荷为纯力时,支链1的受力很小,支链2的受力近似为零,而中心球面副支链的受力近似等于外载荷;外载荷为纯力矩时,三个支链的受力情况相似;外载荷为力和力矩时,支链1、支链2的受力情况与外载荷为纯力矩时的受力情况相似,中心球面副支链的受力为前两种情况的叠加。外载荷中的力成分主要由中心球面副支链承载,力矩成分由三个支链共同承载。该研究为该人形机器人踝关节机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学参考。     

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。     

3-RSR/SP并联车载天线机构运动及力学特性分析

提出了一种新型3-RSR/SP并联式车载天线机构,基于螺旋理论分析机构自由度,发现在不同状态下机构自由度可变;建立机构的静力平衡方程和变形协调方程,并绘制不同工况下机构各构件所受力与机构位姿之间关系曲线;与3-RSR并联机构进行对比,所提出的机构驱动力矩较小,验证了其中间支链具有静力卸载作用。考虑车载天线的实际工况,通过拉格朗日方程法分别建立机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,并绘制与之相应的机构驱动力矩变化曲线,表明基座运动对驱动力矩影响较大。所提出的构型有助于拓宽并联机构在天线领域的应用,特性分析对后续样机研制具有一定参考价值。     

移动副驱动的2-DOF球面并联机构运动学分析

提出了一种新型移动副驱动的二自由度球面并联机构,介绍了机构的基本特征并计算了其自由度,验证了该机构运动的确定性。该并联机构采用移动副驱动,具有定位准确、输出力大、容易控制的特点。借助球面解析几何理论,以杆长和共线为约束条件建立了机构的约束方程,采用解析法获得了该并联机构的位置正、逆解;利用求导的方法进一步得到该机构速度和加速度的正、逆解。研究结果丰富了球面并联机构的构型,为该并联机构的应用打下了理论基础。     

液压悬置非线性动态特性仿真研究

针对液压悬置复杂的动态特性,运用流体动力学理论及液压原理,建立了某轿车动力总成液压悬置的非线性数学模型,提出了模拟液压悬置动态特性的一种数值分析方法,并对目标液压悬置的动态特性进行了多工况仿真实验对比。研究结果表明所建模型是正确的、实用的,而且其通用性较强,能为下一步更精确的汽车动力总成悬置系统匹配选型、优化分析、隔振特性研究提供基础。     

3-RRS球面并联机构的静刚度分析

3-RRS机构是三自由度球面并联机构3-RRR的新构型之一,可作为人形机器人仿生肩关节的原型机构,因各支链的构件为球面上的曲杆,其刚度计算十分复杂。采用（杆件）变形法与小变形叠加原理,推得机构动平台的角位移、球心点线位移;利用机构静力学计算的结果,即各支链两构件上的力与动平台上外载荷的关系,建立了机构动平台上（球心点的）的位移与外载荷关系,进而求得机构的整体柔度、刚度矩阵;采用正交变换使刚度矩阵对角化,得到机构的6个主刚度指标及其所在的方向。研究结果为该机构的工程设计和应用提供了理论基础。     

靶定位6自由度并联机器人承载能力分析

介绍了一种用于靶精密定位的6自由度并联机器人及其工作特点.研究了靶定位并联机器人承载能力的主要影响因素.采用计算与CAF和CAE相结合的方法,对靶定位并联机器人承载能力进行了系统分析.分析过程中对各影响因素进行了全面考虑,给出了驱动力与负载力的关系图,确定了机器人的最大承载能力.分析方法将力学计算和计算机仿真相结合,具有计算量小,可操作性强等特点,为设计并联机器人承载能力提供了一种有效方法.     

索网机构的理论建模与位置求解

索网机构是一种柔性的、并联的运动机构阵列,其运动复杂,耦合性强,需要进行机构分析。基于无向图对索网机构进行理论建模,利用邻接表在计算机中进行表示。将索简化为线性弹簧-直线副机构,基于力密度法建立索网机构中活动节点的平衡方程,并推广到整个索网机构。讨论平衡方程的求解方法,建立索网机构中驱动点位置与活动节点位置间对应关系的迭代公式,最后得出一种索网机构的位置分析方法。作为位置解耦算法,对500m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)的30m模型编程进行索网机构建模与分析。计算结果与用Adams软件仿真结果一致,验证了这种索网机构的位置分析方法。该方法可用于FAST主动反射面面形控制算法,也可用于其他大型索网天线及空间展开天线面形的精调和控制。