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。     

新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构

提出一种新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构。机构的运动平台通过两个相邻的TPR分支运动链和两个相邻的TPS分支运动链与固定平台相联接。每个TPR分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个转动副R组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过转动副R与运动平台相联;每个TPS分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个球面副S组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过球面副S与运动平台相联。运用约束螺旋理论,对机构的运动性质和奇异位形进行分析。机构运动平台具有沿两个TPR分支所在平面的二维移动自由度,和以两个TPR分支胡克铰二级转动副轴线所在平面内的任何直线作为转轴的二维转动自由度。选取4个分支运动链的移动副作为驱动副,发现了机构可能出现的四种奇异位形。     

一种可整周回转的新型3T1R并联机构运动学分析

具有3移动1转动(3T1R)4自由度并联机构在工业领域具有广泛的应用潜力。然而绝大多数现有的3T1R并联机构的动平台转动范围小于90°。提出一种具有整周回转能力的3T1R并联机构。该机构动、静平台通过两根相同的混联分支(PRR)_2RH相连接。通过两个共轴、反向的等螺距螺旋副来实现动平台的整周回转能力。运用李群理论分析了机构的自由度。建立闭环约束方程对机构进行了位置正、反解计算。通过速度分析建立了雅可比矩阵,并在此基础上对机构进行了奇异分析,找到了所有的奇异位形。分析了机构的工作空间,以条件数作为性能指标,绘制了机构在工作空间内的性能分布图。研究结果为该机构后续的优化设计、动力学建模提供了理论基础。     

基于运动/力传递特性的1T2R并联机构构型优选

1T2R三自由度并联机构具有1个移动自由度和2个转动自由度,应用十分广泛。如何从大量的1T2R三自由度并联机构构型中遴选出具有工程应用价值的机型,具有重要的实际意义。运用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标对3-PRRU、2-PRU-PRRU和2-PRS-PRRU三种1T2R并联机构进行构型优选,这里P表示移动副,R表示转动副,U表示万向铰。根据三种机构的运动学反解建立输入运动螺旋、输出运动螺旋和分支力传递螺旋的解析式,计算出整个工作空间上的运动/力传递性能指标并绘制图谱。性能图谱显示三种1T2R并联机构都具有较好的运动/力传递特性,并且奇异边界相似,其中3-PRRU并联机构优质工作空间最大。     

空间2T1R型并联机器人机构的设计与运动学分析

提出一种新型3自由度空间并联机器人机构,该机构由动平台、定平台和联接两平台的3条结构不同的分支运动链组成,机构动平台具有二维移动一维转动(2T1R)自由度。通过将动平台退化为末端操作器和机构3条分支运动链排列次序的调整,演化出另外两种新型2T1R并联机器人机构,且演化后的机构末端操作器具有更高的转动性能,能实现360°回转。基于螺旋理论对所提出机构的自由度进行了分析和计算,推导出机构的运动学解析解,包括位置、速度和加速度。由于机构雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1,故此类并联机器人为完全各向同性机构。     

变自由度4-~xP~xR~xR~xR~yR_N并联机构

提出一种变自由度4-xPxRxRxRyRN并联机构,该机构中与动平台4边相连的4个转动副两两相对且轴线重合(记为u轴和v轴).运用螺旋理论对机构的自由度进行分析和驱动副选取.初始位形下,4-xPxRxRxRyRN并联机构的动平台平行于定平台,此时动平台具有3个连续的移动自由度和两个瞬时转动自由度,其转轴可为平行于定平台的任何两条直线.动平台仅可绕u轴或v轴从初始位形下发生连续转动,此时动平台具有3个连续的移动自由度和1个连续转动自由度,转轴为u轴或v轴,且这两个转动自由度互斥,即如动平台先绕u轴发生连续转动后,就不能绕v轴发生连续转动,必须待动平台再次平行于定平台时才能切换,反之亦然.为实现自由度切换的完全可控,4-xPxRxRxRyRN并联机构需采用5个驱动器进行冗余驱动.     

2-UPR-SPR并联机构转轴分析

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。     

3自由度恰约束支链并联机构的静刚度分析

3自由度恰约束支链并联机构主要由动平台、静平台、3条无约束UPS主动支链和中间恰约束PU支链组成。采用螺旋理论求得驱动子雅克比矩阵和约束子雅克比矩阵,最终得到完整雅克比矩阵。通过虚功原理建立3自由度恰约束支链并联机构静刚度解析模型,采用刚度矩阵法通过MATLAB运动算例仿真得到整个工作空间范围内静刚度分布规律。结果表明:中间恰约束支链PU对全局刚度影响明显。     

空间3-PRR并联机构的奇异性及其在不规则曲面雕刻机中的应用

提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行.基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度.用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形.由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构...     

一种并联机器人机构及其运动分析

介绍了一种空间3自由度并联机构3-PUU,该机构有动平台、定平台和三个连接支链组成,动平台相对于定平台有2个转动和1个移动.该机构动平台和定平台之间的连接全部由万向铰链完成,结构简单、对称,刚度高,控制简单;P副水平布置,动平台重力由导轨承担,丝杠轴向受力小,刚度好;相对于3-PRS两转一移机构,绕x和y轴允许摆角;与3-UPU机构相比,工作空间大.文中建立了运动学方程,计算了该机构的自由度,给出了位置解和Jacobi矩阵,进行了奇异性分析,为该机构的应用打下了基础.     

平面3-PRP型并联机构运动学及奇异性分析

平面3-PRP型并联机构在平面上具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个移动副(P)连接基座、1个移动副(P)与动平台相连接,2个移动副通过转动副(R)所连接。采用矢量分析方法对3-PRP型并联机构运动学正/反解进行求解,并基于雅克比矩阵对其速度和奇异性各向同性配置进行分析。仿真结果表明,3-PRP型并联机构在工作区域内无奇异位形,并可通过运动参数的调节提高运动精度。     

各向同性3R空间并联机构的型综合

基于螺旋理论提出动平台分别绕x、y、z转动时,具有各向同性的三转动并联机构型综合的方法。基于各向同性机构速度雅克比矩阵为对角阵,且对角线上各元素值相等的条件,给出各分支主动副的类型;根据驱动力螺旋与同一分支中的非主动螺旋互易积为零的条件,求出各分支中非主动副的类型及配置;依据三维转动GF集理论的求交法则从综合出来的分支中选择3条分支进行机构型综合。综合得到的三转动并联机构具有完全各向同性,所以控制简单且具有良好的运动学性能和力传递性能。     

基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。     

一类两转动自由度完全解耦的三支链两转一移并联机构

提出了含恰约束支链两转一移3自由度并联机构(2R1T)两转动自由度完全相互解耦的两个充分条件,设计得到了两转动自由度完全解耦的2R1T并联机构RRU-UUR-RPR和RPU-UPR-RPR,采用螺旋理论对机构自由度性质进行了分析,得到机构两条连续转动轴线的分布。然后建立机构输入位移与位姿输出之间的映射模型,根据转动自由度完全解耦的数学描述,分析得到该机构两转动自由度是完全解耦的。最后比较分析了该类机构与其他两转一移三支链并联机构含有的被动单自由度运动副数目,该类机构含有的被动运动副数目仅为8,易于实现高结构刚度的目标,具有广阔的应用前景。     

基于S[T]输出基和P/R输入基的混联立方机构

基于传统的串联机构单一运动副输出基灵活性和并联机构多运动副输出基稳定性的优点提出一种新型混联S[T]输出基,该输出基的球铰组成构件贯穿连接虎克铰后,仍以球铰组成构件作为输出构件,可以实现空间三维转动.通过在新型混联S[T]输出基两端增加由3个移动副P或/和转动副R的串联支链,并将机构布局在一空间立方体上,得到具有三维空间转动活动能力的3自由度机构构型27种,得到具有三维空间转动和一维空间移动活动能力的3种组合情形下的4自由度机构构型27种,得到具有三维空间转动和二维空间移动活动能力的3种组合情形的5自由度机构构型9种,得到具有三维空间转动和三维空间移动活动能力的6自由度机构构型1种,S[T]输出基和P/R输入基与立方体框架相结合,得到3,4,5少自由度空间混联立方机构构型63种,6自由度空间混联立方机构构型1种,所有64种机构构型的输入驱动数目均满足移动副数目少于或等于6,转动副数目少于或等于6,且任意一种构型中移动副和转动副的总数和为6.基于S[T]输出基和P/R输入基构建的空间混联立方机构进行混联机床的研究具有一定的理论意义与实用价值.     

完全解耦一移动三转动并联机构结构综合

为综合得到一移动三转动(1T3R)完全解耦并联机器人构型,基于G_F集理论提出一种简单而有效的构型综合方法。首先阐述G_F集的基本概念、运算法则,并联机构数综合;其次给出机构输入运动特征选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动解耦性;然后根据该构型综合原理,完成1T3R四自由度完全解耦并联机构型综合具体过程,得到了大量新构型;最后,针对所综合出的一种新型1T3R并联机构,运用螺旋理论求解其机构的自由度,同时求得其雅克比矩阵,验证了该机构的完全解耦性,进一步证明了该构型方法的有效性。     

基于螺旋理论的转动解耦调平机构型综合

芯片与基板之间的平行度调节机构对倒装键合设备的成品率起着决定性作用。为研制该调平机构,基于螺旋理论分析了二自由度转动解耦机构的实现条件,综合出了一类含有3支链的转动解耦的并联机构。该类机构的支链1不含驱动副,由2个转动副组成;支链2和支链3各有1个驱动副,分别驱动动平台绕支链1中的一根转动副轴线旋转。针对其中一种只含转动副和移动副的构型进行了自由度验算,选择了合适的输入运动副,并利用ADAMS完成了该机构的运动学仿真。研究结果表明,该转动解耦的调平机构可应用于倒装键合设备、精密运动平台等多种场合。     

一种三维平移正交并联机构及其位置分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出了一种新型的能实现三雏纯平移的空间3-P⊥R⊥4r⊥R三自由度正交并联机器人机构.该机构通过动平台和定平台的3个全部由转动副和移动副构成的约束支链连接,使定平台上3个直线移动驱动副的轴线两两互相垂直.根据杆长约束条件,推导了完全封闭形式的位王正、反解.分析结果为该机构的设计及实用化提供了理论依据.     

具有2R1T和3R运动模式的并联机构综合

使用位移流形理论综合了具有2R1T与3R两种运动模式的并联机构。选取了一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,这种并联机构具有2R1T与3R两种运动模式。这种机构在两种运动模式的一般位形下,使用2个移动驱动副和1个转动驱动副实现对机构的控制。这种机构在两种运动模式的变换位形下,机构处于奇异位形,机构的自由度增加为4。支链2中配置1个辅助移动驱动副,支链2中的转动驱动副和辅助移动驱动副在机构运动模式变换时工作,实现并联机构在2R1T与3R两种运动模式之间变换。     

4-UPS-UPU并联坐标测量机的灵巧度研究

为了完成新型五自由度4-虎克铰-移动副-球铰/虎克铰-移动副-虎克铰并联式坐标测量机机构的灵敏度分析,建立了该测量机机构的雅克比矩阵,并推导出了其无量纲雅克比矩阵,得到了该机构7个不同的灵巧度指标。在此基础上,定义了评价不同位形下灵巧度的综合灵巧度系数指标,并分别研究了不同灵巧度评价指标在工作空间内的分布规律。以上研究为该测量机机构的优化尺度综合和轨迹规划奠定了理论基础。