3-RRR并联机构灵巧度分析

利用SolidWorks建立了3-RRR机构的三维模型,对照三维模型采用D-H法建立了3-RRR机构处于任意位形的机构坐标系,运用螺旋理论计算出该机构的一阶运动影响系数即运动雅可比矩阵,参照运动雅可比矩阵奇异的特点,利用可操作数和条件数对3-RRR并联机构进行了灵巧度分析,得出了该机构的灵巧性特点。     

3-RRR球面并联机构的工作空间分析及结构优化

根据Kutzbach-Grübler修正公式分析了球面3-RRR并联机构的自由度个数以及性质,采用哈密顿"四元数"对关节矢量进行描述并建立了逆运动学数学模型,找出了动平台运动时连杆之间、连杆与电机主轴相互之间的碰撞干涉条件。根据运动学逆解以及碰撞干涉条件,基于Mathematica软件完成了可达工作空间的分析,绘制了球面并联机构的工作空间形状,给出了工作空间的极限位置。以工作空间的最大化为目标对并联机构进行了结构优化设计,使动平台实现了完整的球面工作空间。     

空间光学镜并联指向机构优化

针对空间光学镜指向机构高精度、轻量化的特殊要求,提出一种基于球面5R机构的新型空间二维并联指向机构。传统球面5R并联机构存在负载不便安装的问题,通过设计非对称支链形式和特殊连杆结构,有效解决了这一问题。基于机构的运动学分析,以工作空间、灵巧性和承载能力作为优化指标,采用图谱法对机构的结构参数进行了优化设计。采用有限元方法对优化后机构的不同负载布置形式进行模态分析。优化结果表明非对称支链形式机构具有更好的灵巧性指标。设计光学镜负载质心位于球面机构球心处,结构更加紧凑,可以提高机构固有频率,并且能够降低负载运动转动惯量。提出的新型空间光学镜并联指向机构具有良好的综合性能,研究为高精度并联光学指向机构的应用提供了理论基础。     

一种空间光学镜并联指向机构优化设计

目的：针对空间光学镜指向机构高精度、轻量化的特殊要求,提出一种基于球面5R机构的新型空间二维并联指向机构。方法：传统球面5R并联机构存在负载不便安装的问题,通过设计非对称支链形式和特殊连杆结构,有效解决了这一问题。基于机构的运动学分析,以工作空间、灵巧性和承载能力作为优化指标,采用图谱法对机构的结构参数进行了优化设计。采用有限元方法对优化后机构的不同负载布置形式进行模态分析。结果：优化结果表明非对称支链形式机构具有更好的灵巧性指标。设计光学镜负载质心位于球面机构球心处,结构更加紧凑,可以提高机构固有频率,并且能够降低负载运动转动惯量。结论：提出的新型空间光学镜并联指向机构具有良好的综合性能,研究为高精度并联光学指向机构的应用提供了理论基础。     

三自由度冗余驱动飞行模拟器设计及分析

提出一种三转动自由度冗余驱动飞行模拟器。在3-RRR球面并联机构的基础上,通过球面平行四边形机构的引入而实现冗余驱动,从而克服电机驱动相对于液压驱动功率相对较小的缺点。将一般3-RRR球面并联机构的参数进行变化,从而设计出体积相对较小的运动机构。利用空间球面解析理论建立了各支链的方向余弦,在方向余弦建立的基础上给出机构的雅可比矩阵。利用支链夹角不变原理建立了机构的约束方程,进行了运动学反解分析。考虑球面平行四边形冗余驱动支链的干涉情况,根据向量叉积定理计算得出了输入转角范围,并通过一种数值正解算法计算得到机构给定输入参数的工作空间。分析结果表明,在给定特定结构参数的情况下,所提出的飞行模拟器具有转角大的优点,远远大于传统的Stewart机构,从而为飞行模拟器的实际应用提供一种新的选择。     

新型球面并联机构运动学分析及尺度综合

针对球面并联机构应用于机器人仿生领域时出现的耦合度高、控制不便、灵活性不足等问题,提出了一种具有半解耦特性的新型3分支球面并联机构。基于螺旋理论对机构进行了自由度分析,通过矢量法求解了机构运动学正反解并分析了机构的解耦特性。该机构具有绕X轴、Y轴、Z轴转动的3个自由度,其中,绕Z轴的转动仅由1个分支控制,其余两分支共同控制机构做绕X轴、Y轴的运动。基于微分变换法得到雅可比矩阵并讨论了奇异位形。以奇异位形和杆件干涉为约束条件,采用边界搜索法确定了机构的工作空间。基于机构的解耦特性提出了一种具有解耦系数的全域均值灵巧度,以工作空间和全域均值灵巧度为优化目标,采用粒子群优化算法（PSO）对机构结构参数进行了尺度综合。机构优化后,工作空间增大且在该空间内运动性能良好。研究为球面并联机构的样机设计和其他半解耦机构的尺度综合提供了理论依据。     

一种新型三平移并联机器人的运动学与灵巧度分析

以少自由度并联机构作为研究对象,设计一种新型空间三平移并联机器人机构,根据方位特征方程理论计算机构的自由度、耦合度、方位特征集等特性.通过杆长约束条件建立运动学方程模型,推导机构的正逆解解析式,基于此,研究机构的操作空间与运动灵巧性等性能指标,同时分析结构参数尺寸跟操作空间与全局灵巧度的关系,建立全局灵巧度与可达工作空间的多目标优化模型,基于Pareto解的多目标粒子群算法实现多目标参数优化,结果表明:机构耦合度低、具有正解解析式、操作空间大、运动灵巧性较好,优化后的参数解析为并联机构的应用设计提供参考依据.     

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...     

3-RRR并联机构动力学参数辨识模型

根据运动学模型,推导了3-RRR并联机构的雅可比矩阵.在每一个运动构件上选择一个适当的关键点,从而使运动构件的偏角速度矩阵和关键点的偏速度矩阵中不包含基本动力学参数.相对于这些关键点,计算出每一个运动构件的惯性力和力矩.基于虚功原理,从惯性力和力矩中提取基本动力学参数,推导出3-RRR并联机构动力学参数辨识模型.     

基于任务空间的 2P3RR 并联机构尺度综合

结合一种五坐标混联工作台的开发,对其少自由度并联机构部分进行了深入的研究。给出了该并联机构的运动学位置正、逆解,求解了雅可比矩阵,分析了工作空间,基于任务空间探讨了该并联机构主要结构参数之间的相互关系,采用雅可比矩阵条件数的倒数的全域均值作为该并联机构灵巧度评价指标,对其进行灵巧性分析,给出了混联工作台开发实例并进行了设计计算,为混联运动平台的设计开发奠定了理论基础。     

交叉杆并联机床结构参数优化

增大工作空间和提高灵巧度是并联机床设计的一项重要任务。依据运动学反解,采用三维搜索的方法得到了带约束条件的交叉杆并联机床的工作空间;利用自然坐标法推导了该机床的新型雅可比矩阵;基于工作空间和新型雅可比矩阵获得了交叉杆并联机床的灵巧度分布。在此基础上分析了机床各结构参数对工作空间和全域灵巧度指数的影响规律,然后用最小二乘法进行曲线拟合并以工作空间指数和全域灵巧度指数为优化目标对该机床进行优化,与优化前相比,两项指标分别增大了0.40倍和0.26倍,达到了机构优化的目的。     

基于螺旋理论的3-PPR球面并联机构的奇异性分析

提出一种新型3-PPR球面并联机构。对于每条支链中的移动副,由于其绕球面运动的特殊轨迹,可将移动副等价转换为转动副。首先,应用螺旋理论为基础给出每条支链的运动螺旋系,然后应用修正G-K公式,分析得出机构的自由度数目;其次,利用反螺旋系的解法和矩阵理论知识,在求出3-PPR球面并联机构的完整雅可比矩阵的前提下,分析矩阵的秩,得出机构产生奇异位形的条件和奇异位形的类型;最后,根据该机构的位置正解,考虑其干涉条件,利用Matlab绘制出稳定的工作空间,进行验证。研究表明,3-PPR球面并联机构无奇异位置,具备较好的应用前景。     

3-RRS球面并联机构的位置解及工作空间研究

利用螺旋理论对3-RRS球面并联机构进行了运动分析。利用牛顿迭代法求解了3-RRS球面并联机构的运动学正解,应用闭环矢量法建立了3-RRS球面并联机构的位置逆解模型并推导出了相应的位置逆解算式,得到了3-RRS球面并联机构的8组逆解。实例分析验证了3-RRS球面并联机构位置解的正确性。利用数值搜索法求解了机构的可达工作空间,利用MATLAB编程绘制了机构在不同结构参数下的可达工作空间图,分析了工作空间的变化规律,为3-RRS球面并联机构的应用奠定了基础。     

一种三平移并联机器人机构的多目标优化设计

设计了一种2RRPaR+PPaP三平移空间并联机构,推导了该机构的位置正反解方程和雅可比矩阵。以工作空间和全局灵巧度为优化目标,建立优化数学模型。以工作空间散点数目最多和全局灵巧度值最大为原则,采用差分进化算法进行优化设计,得到机构的最优参数。通过比较优化前后机构的工作空间和灵巧度值,结果表明,优化后机构的运动性能得到较大改善,为该机构的设计及应用奠定了基础。     

3-PRS并联机构工作空间求解的SimMechanics实现

3-PRS空间并联机构是2R1T的3自由度机构,由于该空间机构运动的复杂性,故对其工作空间的研究意义重大。以3-PRS并联机构的逆运动学为基础,运用Matlab中的Sim Mechanics功能模块绘制其结构框图,建立该机构的三维实体模型;然后利用数值实例根据滑杆的行程限制条件以及球面副和转动副的转角约束条件采用运动仿真法编程得出了3-PRS并联机构的工作空间。结果表明,该机构的工作空间具有对称性,且内部无空洞,为3-PRS并联机构进一步研究优化设计、控制研究等奠定了一定的理论基础。     

基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型：两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。     

3-UPS/S并联机构运动学分析及机构优化设计

对3-UPS/S并联机构进行了运动学分析和静力学分析,得到了该机构的运动雅可比矩阵和静力学雅可比矩阵;采用离散的方法对该机构的工作空间进行了分析;对该机构进行了基于给定工作空间的尺寸参数优化,在优化的过程中考虑了机构的奇异性、关节约束和机构几何尺寸约束等条件.     

基于遗传算法的平面运动并联机构尺度综合

针对混联运动机床开发中所采用的二自由度平面运动并联机构部分进行了深入的研究,介绍了该平面运动并联机构的组成,推导了并联机构的运动学正、逆解求解公式,并给出了速度雅可比矩阵,以雅可比矩阵条件数的倒数作为灵巧度的标准并采用全域综合灵巧度的评价方法,基于遗传算法对该机构的结构参数进行了优化,为该机构的设计开发奠定了基础。     

球面并联式人形机器人髋关节机构运动学与仿生设计

从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机构自由度数目、性质及位置反解进行分析;采用遗传算法,以姿态工作空间最大化为目标对并联髋关节机构进行优化;结合人体髋关节实际结构特点,提出偏置输出方式,从而使得机构实际输出空间的形状和位置更加符合人体髋关节运动轨迹需求。研究内容为人形机器人髋关节仿生的理论研究和进一步的样机研制奠定了基础。     

3SPS+1PS髋关节并联仿生试验系统工作空间优化

为使人工髋关节试验系统具有仿生模拟人体髋关节运动特性的能力,不但要使其能模拟髋关节各种运动形式,而且其运动输出空间应完全覆盖实际人体髋关节的运动范围,这也使得对其运动空间进行深入分析成为必要。针对作为髋关节并联仿生试验系统核心运动模块的3SPS+1PS并联机构,利用四元数法建立其逆/正解运动学模型,基于动平台三点构造法构建了3SPS+1PS并联机构的量纲统一速度Jacobian矩阵,分别比较了该矩阵条件数在不同运动空间及结构参数下的取值变化情况,得到条件数平均值与机构定、动平台上球副中心连线长度比值、球副许用转角及动平台中心位置高度等参数之间关系,优化了机构结构参数,进而得到了运动性能良好的运动空间区域。髋关节并联仿生试验系统运动空间的研究对其运动路径规划、动态特性分析及控制系统设计具有重要的意义。