基于序单开链法的空间4自由度并联机构位置正解

提出空间并联机构位置正解的一种新方法——序单开链(SOC)法。该方法依据机构的拓扑结构特征,将机构分解为若干个有序单开链单元,又进一步划分出各基本运动链。计算出机构的耦合度,并根据耦合度算法原理,按序单开链单元分解顺序建立与机构拓扑结构相统一的机构位置分析数学模型。无需技巧性降维即可得到维数最少恰等于机构耦合度的位置正解方程。当机构的耦合度为1时,可用一维搜索得到全部实数解。该方法分析过程简明、通用,且物理意义明晰。与消元法相比,没有繁杂的数学推导,且计算效率较高;与一般搜索法相比,具有可求出全部实数解的优点。以4自由度并联机构为实例,通过一维搜索得到其位置正解的全部实数解。     

基于单开链单元的2T-2R并联机构正运动学分析

提出了空间并联机构正运动学速度、加速度分析的一种新方法———序单开链(SOC)法。该方法依据机构的拓扑结构特征,采用相同的序单开链分解线路,建立了与机构位置分析模型相统一的机构速度、加速度分析模型,得到了维数恰等于机构耦合度的并联机构速度、加速度方程。以一种2T-2R并联机构为实例,给出了其速度、加速度分析。     

2UPS-2RPS机构正运动学分析的序单开链法

基于序单开链法对具有不同支路结构的2UPS-2RPS少自由度并联机构进行了正运动学速度和加速度分析。依据机构的拓扑结构特征,采用相同的序单开链分解线路,建立了与机构位置分析模型相统一的机构速度和加速度分析模型,得到了维数最低且恰等于机构耦合度的机构速度和加速度方程,给出了其速度和加速度分析的数值算例。     

一种位置正解符号化且运动部分解耦的新型2T1R并联机构动力学分析

三自由度并联机构具有结构简单、造价低、运动控制方便，以及刚度高、承载能力大等特点，目前在工业生产等设备中得到了广泛应用，而其中具有移动和转动混合运动的2T1R并联机构具有更高的研究价值。为了研发和推广2T1R并联机构，提出了一种零耦合度且运动部分解耦的空间2T1R并联机构。首先，对该机构的位置正反解进行了分析，并求解了各构件速度与输入速度之间的关系矩阵；然后，运用基于虚功原理的序单开链法，按照机构拓扑结构分解的顺序，分别建立了各子运动链(SKC)的动力学模型，从而得到了整个机构的逆向动力学模型；最后，对建立的动力学模型进行了算例研究，得到了机构的驱动力和2个SKC连接处的支反力，并将其与基于ADAMS的虚拟仿真结果进行了对比。研究结果表明：该2T1R并联机构具有部分运动解耦的优点，且通过仿真对比验证了所建立的逆向动力学模型的有效性和正确性，可为其结构设计和样机研制奠定基础。     

运动解耦和低耦合度选择顺应性装配机器手臂并联机构的设计及其运动分析

根据基于方位特征集方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计出一种运动解耦、低耦合度(κ=1)且具有较大转角的新型选择顺应性装配机器手臂并联机构(RPa3R)2R-2RSS,并对该机构进行拓扑特性分析。基于序单开链运动学建模原理,给出了该机构位置正解封闭解的代数法,同时导出机构位置反解,验证了位置正解的正确性。基于位置反解,对该机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。     

一种新型低耦合度非全对称三平移一转动并联机械手及其运动学分析

根据基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序单开链（SOC）的机构位置正解的建模方法及其数值解;其次,通过导出机构位置反解及算例,验证了正反解求解的正确性;再次,分析了该机构位置工作空间的形状大小及工作空间Z向各截面形状;然后,对机构的奇异位形进行了分析,得到其发生三类奇异的条件;最后,设计了该机械手样机的三维CAD模型。研究结果表明,2-RPaRSS机械手比H4、I4R、Cross-Ⅳ结构简单,且具有更大的工作空间和更好的动平台转动能力。     

一种新型低耦合度半对称2T1R并联机构的拓扑设计及运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计了一种可实现两平移一转动(2T1R)输出运动的半对称并联机构,并对该机构的方位特征集、自由度、耦合度3个主要拓扑特征进行了分析计算,表明该机构的耦合度为1。然后,基于序单开链(Single Open Chain,SOC)的运动学建模原理,求解了机构的位置正解,导出位置机构反解解析式;进一步根据导出的位置反解公式分析了该机构的工作空间及其转动能力,研究了机构发生奇异的条件;并对机构的速度及其加速度进行了仿真分析。最后,对机构应用于脚踝按摩仪的原理进行了分析。     

基于单开链的纯转动三自由度并联机器人机型设计方法

基于有序单开链理论与方法，提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程；给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型；按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入一输出控制解耦性、拓扑对称性等特性，对所得到纯转动三自由度并联机构进行分类，依不同设计要求，推荐优选机型。     

含有闭回路结构的二平移-转动并联机器人机构型综合

构造了多种包含二平-转动（2T1R）运动输出的混合链结构,基于有序单开链单元原理,综合出10种新型2T1R型空间并联机器人机构。机构的主动副均直接安装在静平台或接近静平台处,以利于减小机构的运动惯性。分析了各个机构基本特征,如主动副配置、耦合度和运动输入-输出控制解耦性,为机型的优选提供了一定的依据。     

一种低耦合2T2R并联机构的设计与分析

针对传统并联机构结构复杂、位置分析困难、强耦合、不易控制等问题,设计了一种新型低耦合2T2R并联机构。首先,基于方位特征集理论对该机构进行了运动特性分析;然后,为将运动学方程维数降到最小,运用序单开链理论对该机构进行了合理分解和位置建模;最后,结合具体实例进行了分析验证。结果表明,该机构自由度为4,其动平台可实现两平移和两转动;耦合程度较低,具有运动输入—输出部分解耦性;位置方程简单,可解析求解。     

A new screw theory method for the estimation of position accuracy in spatial parallel manipulators with revolute joint clearances

This paper presents a novel method based on screw theory for the analysis of position accuracy in spatial parallel manipulators with revolute joint clearances. The method is general, and can tackle with an arbitrary pose error function, expressed as a quadratic function of the end-effector displacement.The method performs a maximization of the pose error function, based on a 2-step computational procedure. The first computational step is analytical and leads to a sub-optimal estimate of the maximum pose error. This analytical solution represents the exact maximum pose error for the calculus of the angular accuracy in the special case of fully translational parallel mechanisms. The second computational step is numerical, and starting from the previous solution, can converge to the exact maximum pose error in a limited number of iterations.The relevance of the method is demonstrated through some application examples, where the worst-case angular and linear position accuracy in translating fully parallel manipulators is determined. As a further contribution, this paper shows how the position accuracy due to joint clearances in parallel manipulators is strictly dependent of the mechanism pose and its association to kinematic isotropy.     

两平移一转动并联机构位置分析及运动学仿真

设计提出了一种两平移一转动并联机构,进行了结构学分析,包括其自由度计算及输出运动类型分析;给出了位置分析的正、逆解。通过SolidWorks及与其无缝集成的运动学分析模块—Cos-mosMotion,开发了该机构的三维实体模型并进行了运动学仿真。分析表明,该机构的位置分析求解容易,易于实时控制,可广泛应用于工业装配机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域,同时验证了该机构的正确性。     

并联机构的结构降耦原理及其设计方法*

机构学的难题之一是寻找机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的映射规律。前期研究表明,降低机构的结构耦合度可直接降低机构运动学、动力学求解的难度,这揭示了机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的关系之一,因此,如何降低机构的结构耦合度已成为机构拓扑结构优化的重要内容,但目前国内外研究很少。研究并联机构的结构降耦原理、设计方法及其应用。定义并联机构结构降耦的概念,澄清并揭示机构结构降耦与机构运动解耦之间的内在区别与联系。从并联机构支链本身的拓扑结构以及支链在动/静平台之间布置的拓扑结构两方面,提出保持并联机构自由度和方位特征不变而降低机构耦合度的两个结构降耦原理,据此,进一步提出了基于设计混合支链的、基于运动副复合的、基于方位特征支链主动化的三种结构降耦设计方法,并分别给出设计例子,得到相应的自由度和方位特征保持不变但耦合度降低的新机构,为其应用研究提供了优选机型。提出的机构结构降耦原理与设计方法,适用于所有的复杂平面和空间平面。     

平面3-(R)RR并联机构过约束分析及自调结构设计

分析了平面3-RRR三自由度并联机构中存在的过约束及其有害影响，详细讨论了在保证3-RRR并联机构平面运动特性的情况下无过约束自调结构的设计问题，得出了几种新的平面三自由度并联机构运动副配置方案，深入分析了2-RCS-RRR结构的自调特性。     

一种两转一移完全解耦并联机器人机构及其特性分析

提出一种具有两转动和一移动自由度的完全解耦并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,推导出了该机构位置正反解的解析表达式,进而求得机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,并对机构的奇异性进行了研究。所提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对其进行的性能分析证实了机构解耦特性,从而为其进一步的应用奠定了理论基础。     

一种新型2-DOF并联主轴平台机构运动学分析

提出了一种新型2-PRR两自由度并联主轴平台机构,介绍了其机构组成及其结构特点。针对此平台机构,建立了运动学方程,给出了机构的位置正反解,并绘制了所有正反解构成的空间曲面,由此得到了平台机构的工作空间。最后,基于雅克比矩阵,对平台机构进行了运动仿真研究,为并联主轴平台机构运动参数的正确设计及控制提供了理论依据。     

2-CRR/PSS并联机器人机构的运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,机构的运动学模型为该机构作进一步的运动学动力学分析及优化设计研究打下基础,并为系统控制提供理论依据。     

平面3-■RR并联机构过约束分析及自调结构设计

分析了平面3-RRR三自由度并联机构中存在的过约束及其有害影响,详细讨论了在保证3-RRR并联机构平面运动特性的情况下无过约束自调结构的设计问题,得出了几种新的平面三自由度并联机构运动副配置方案,深入分析了2-RCS-RRR结构的自调特性。