新型碟式太阳能跟踪平台设计和姿态工作空间分析

传统的碟式太阳能热发电系统采用回转支承和螺旋升降机来实现太阳方位角和高度角的跟踪,不足之处在于无法自动调整聚光器镜面单元的位姿以应对外界扰动。采用并联机构来实现太阳跟踪,不仅具有刚度高、跟踪误差小等内在优势,还可以自动调整聚光器镜面单元位姿。若采用传统球铰,由于其物理限制,跟踪机构的偏转能力不能精确满足太阳跟踪角度范围大的技术要求。针对上述问题,采用新型被动球铰,设计了一种基于3-RPS并联机构的新型碟式太阳能跟踪平台,并计算了其跟踪角度的范围;同时,通过建立通用3-RPS并联机构的逆运动学方程,结合球坐标搜索法计算了3-RPS并联跟踪机构的姿态工作空间,并结合结构参数对其姿态工作空间的影响规律,确定了各结构参数的最优值。结果表明：当新型碟式太阳能跟踪平台选用新型被动球铰,动、定平台形状为等腰三角形,转动副轴线共面且呈三角形布置,动、定平台的半径比为2以及支链长度为动平台半径的2倍时,其结构符合设计要求且调整后的姿态工作空间满足太阳跟踪所需的角度范围。研究结果可为后续的太阳跟踪平台结构设计和参数优化提供参考。     

转轴轴线可变的2T1R并联机构运动模式分析

目的设计一种可调整包装件姿态的分拣、装箱的并联机器人构型。方法使用位移流形理论综合具有2T1R运动模式的并联机构。用旋量理论分析这种新型机构在一般位形下运动模式的自由度特征,并分析其支链驱动副选取的可行性。结果这种新型并联机构能实现具有转动轴线方向可变的2T1R运动模式。结论该机构具有的运动模式与设计预期相符,可进行平面的移动和转动轴线变化的一维球面转动。复杂形状的产品在装箱、分拣时,可能需要调整产品的空间姿态,具有转动轴线可变的2T1R运动模式的并联机构,可在该工况下进行应用。     

基于2-RPS/UPRS并联机构的自动分拣机运动分析

目的 针对目前物流行业大都采用人工分拣,耗费了大量人力成本的问题,提出一种新型2-RPS/UPRS并联机构来解决这一问题.方法 首先进行机构的自由度分析和工作空间仿真,以验证2-RPS/UPRS并联机构是否具有较大的工作空间.基于螺旋理论进行空间并联机构自由度分析,在三维软件中建模,添加合适的驱动验证其自由度.通过闭环矢量法和运动支链参数D-H矩阵表示法求解机构动平台的位置逆解.最后在Matlab程序中进行工作空间的仿真分析.结果 2-RPS/UPRS并联机构末端执行器在空间中具有2个转动自由度,2个方向的移动自由度.工作空间形状规则,无奇异位型.结论 基于2-RPS/UPRS并联机构的分拣装置结构简单,可以在生产线上实现精准控制.该并联机构两转两移的运动特性能适应不同倾斜角斜面的分拣任务.     

基于静力学分析的运动副摆放位置对并联机构的影响

目的 分析芯片封装 “两转一移” 柔性并联机构3-SPR和3-RPS的运动特性和静力学特性, 并比较优劣。方法 运用螺旋理论对运动副不同分布的3-SPR和3-RPS机构进行运动学分析, 并运用螺旋分析法求解机构的等效约束力及驱动力, 得出在外载荷下机构的等效平衡方程; 通过Matlab软件编程进行理论计算, 运用SolidWorks软件进行建模及Adams静力学仿真, 以验证理论计算的正确性, 并运用有限元分析软件进行仿真验证。结果 运动副摆放位置不同, 其约束力对3-SPR和3-RPS机构产生的影响也不同, 3-SPR并联机构的约束力作用于定平台, 相对于3-RPS并联机构的约束力作用于动平台, 其约束力所产生的扰动更小, 支链的变形更小。结论 3-SPR机构具有更好的稳定性, 在芯片封装、 压印等高精度包装工程应用中可满足更高的精度要求, 为柔性机构的研究提供了理论参考。     

三自由度并联包装机构动力学建模与分析

目的为了提高一种三自由度并联包装机构动态性能,对其进行动力学建模与仿真研究。方法首先建立机构三维模型并进行位置反解计算,而后应用凯恩法列出动力学方程。在对支链模态分析基础上依托多体动力学仿真软件ADAMS与有限元软件Ansys,将各连接杆件由刚体转换为柔性体进行刚柔耦合动力学分析。结果通过动力学建模求得了驱动杆在广义坐标下的驱动力。由模态分析求得支链的第1阶到第6阶固有频率分别为88.656,108.95,119.96,125.33,131.07,138.77 Hz,以及机构在各个阶次下的振型。得到了机构动平台质心运动位移、速度、加速度,以及关节驱动力、力矩变化曲线。结论并联包装机构中刚度薄弱环节位于球铰连接两端,在各阶模态振型中,振动相对位移较大位置位于动平台和支链中部滑块;连接杆件会对动平台运动性能、关节驱动力产生一定的影响。分析结果为并联机构进一步优化提供了理论依据。     

含关节间隙的3-CPaRR解耦并联机构弹性动力学建模与分析

为研究关节间隙对柔性化条件下并联机构输出运动特性的影响,以3-CPaRR并联机构为研究对象。首先,根据该并联机构的空间位置关系,研究了该并联机构的运动学规律,表明该并联机构驱动圆柱副可等效分解为驱动移动副和被动转动副;其次,基于空间位置矢量模型,建立了含间隙转动关节径向和轴向的运动学模型,从而进一步建立各支链转动关节处含间隙的运动学模型;然后,基于Lankarani-Nikravesh接触力模型和Coulomb摩擦力模型建立各支链转动副处存在关节间隙时的法向、切向力学模型,并将各被动关节处由于间隙的存在而产生的力向驱动关节处进行转化,从而建立了含关节间隙的3-CPaRR并联机构弹性动力学模型,最后通过实例分析了不同的关节间隙对该并联机构运动特性的影响。结果表明:含有关节间隙的柔性支链对并联机构的输出运动特性产生了重要的影响,同时该研究也为其他的含关节间隙的多体系统弹性动力学建模提供了理论基础。     

空间4R球面机构作为转动副的3RPS并联机构运动学分析

目的设计一种新型3RsPS并联机构,使得机构可以输出3个转动自由度与3个移动自由度耦合的运动。方法根据机构的几何关系,在4R空间机构连杆运动学分析的基础上,建立该机构的运动学方程,使用消元法对其运动学正、逆解进行了求解。使用空间4R机构替换3RPS并联机构的转动副,使得该机构在初始位形下的结构,与3RPS并联机构等效。结果使用Matlab计算得到了运动学方程消元后方程的最高次数,从而得到了运动学正解最多的个数。该机构具有3个自由度,3个移动输出和3个转动输出耦合,机构的运动学正解最多有16个,这与3RPS最多拥有的正解数目一致。结论得到了一种新型的3RsPS机构,该机构的特征为RS副的转动轴线是在空间变化的,该机构的输出为三维移动伴随三维转动,具有此类运动模式的并联机构在不规则形状的产品分拣筛选时,具有一定应用前景。     

新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析

目的 鉴于4S闭环结构的优良运动性能,设计一种带球铰闭环的新型并联机构,并对其位置解及工作空间进行分析。方法 针对所设计的闭环并联机构,首先建立机构模型,然后用约束螺旋计算其自由度,其次基于数值法求解位置正反解,并通过相应运动算例验证其正确性,最后利用数值搜索法求解工作空间并进行分析。结果 动平台能够实现绕y轴转动、沿y方向移动和沿z方向移动的3自由度;闭环并联机构在约束参数范围内的工作空间连续稳定且没有出现空洞。结论 3条支链和4S闭环并联结构减少了过约束和奇异位型,且运动性能优良、运动空间大,在并联机床和工业机器人领域有可观的应用前景。     

基于同向滑杆支链并联机构的工作空间分析

目的 快递行业每天都需要耗费人工对中型件进行分拣、包装,而中型件需要并联机构有更大的工作空间,相较于旋转驱动,直线型驱动并联机构的工作空间更大,针对上述问题提出一种同向滑杆支链的3-PUPU并联机构.方法 以同向滑杆支链的3-PUPU并联机构为研究对象,首先根据并联机构的几何关系和运动学模型,利用矢量法建立并联机构的运动学求解方程;其次,对影响及约束同向滑杆支链的3-PUPU并联机构工作空间的运动副及运动支链约束条件进行分析;最后,采用三维边界搜索法通过并联机构的运动学方程对同向滑杆支链的3-PUPU并联机构的工作空间进行分析,并以工作空间的体积为目标,研究并联机构的万向铰运动转角及同向滑杆支链对工作空间的影响.结果 研究表明,该并联机构的工作空间具有对称性、内部无明显空洞、截面形状规整;同时,运动副约束与工作空间体积的影响曲线表明同向滑杆支链的移动距离对工作空间的体积影响最大.结论 通过添加可控程序以更大的工作空间来实现同向滑杆支链的3-PUPU并联机构对中型件分拣、包装,为该机构后续的理论研究和实际应用提供了可靠依据.     

含间隙RU-RPR解耦并联机构混沌与冲击现象

针对含间隙机构中的混沌与冲击现象,以自主提出的RU-RPR(R为转动副,U为虎克铰,P为移动副)两转动解耦并联机构为研究对象,考虑运动副间隙,结合Lankarani-Nikravesh接触力模型与拉格朗日方程建立间隙机构动力学模型,分析不同的驱动速度和摩擦因数对机构中混沌现象与冲击的影响,同时探讨机构的稳定性与冲击现象的关系,并分析增设弹簧对机构动力学特性的影响。研究结果表明,改变驱动速度与摩擦因数时,冲击现象仍然存在,而机构可以由混沌运动变为周期运动,稳定性增强;机构的稳定性与冲击现象并没有必然的联系,且增加弹簧可以显著的减弱机构中的冲击程度。     

含间隙高速多连杆传动机构动力学特性研究

针对运动副中存在间隙会使高速多连杆传动机构呈强烈非线性振动特征、严重影响机构运行可靠性问题,在研究运动副间隙动力学建模理论基础上,基于间隙矢量模型,建立高速多连杆传动机构含间隙旋转副的"碰撞铰"模型,并引入传动机构动力学模型,利用非线性弹簧-阻尼模型模拟接触碰撞的法向力,利用修正的库伦摩擦模型模拟接触碰撞的切向力;在特定工况下仿真获得其动态特性,指出多间隙转动副对机构特性有重要影响。研究间隙取不同尺寸时对机构运行可靠性影响,与采用理想运动副建立的连杆机构动态特性对比发现,多间隙转动副的存在会使机构速度、加速度特性产生运动滞后效应,加速度存在强烈冲击、波动现象,并分析产生原因。所用研究方法与参数分析结果可为多连杆传动机构优化设计与可靠运行提供参考。     

14R并联机器人机构的位置解析和奇异性分析

分析了14R并联机器人机构的结构组成特点,根据其支链的杆长约束建立了机器人机构的运动参数方程,并推导出封闭形式的位置逆解和正解。其次,基于支链和动平台的力平衡关系得到了机器人机构的力雅克比矩阵,并采用线几何方法对机器人机构的位形奇异性进行了分析,提出了机器人机构支链奇异、平台奇异和主动副运动奇异的判别条件。最后,列举了机器人机构发生支链奇异、动平台奇异和主动副运动奇异的位形示例。研究结果有助于14R机构的参数设计、路径规划及运动控制。     

I4R并联机器人机构的位置解析和奇异性分析

分析了I4R并联机器人机构的结构组成特点,根据其支链的杆长约束建立了机器人机构的运动参数方程,并推导出封闭形式的位置逆解和正解.其次,基于支链和动平台的力平衡关系得到了机器人机构的力雅克比矩阵,并采用线几何方法对机器人机构的位形奇异性进行了分析,提出了机器人机构支链奇异、平台奇异和主动副运动奇异的判别条件.最后,列举了机器人机构发生支链奇异、动平台奇异和主动副运动奇异的位形示例.研究结果有助于14R机构的参数设计、路径规划及运动控制.     

基于模糊PID对3-RPS并联机器人轨迹跟踪控制

并联机器人因具有刚度大、承载能力强、精度高等优点,被广泛应用于各个领域,但由于它是一个多输入多输出系统,存在严重的非线性性,因此对其进行控制研究显得尤为重要.通过设定3-RPS型并联机器人动平台的期望参考值,根据逆运动学,基于Matlab SimMechanics软件建模仿真求得各支路驱动副的期望位移.设计PID控制器、模糊PID控制器,对3-RPS型并联机器人进行轨迹跟踪控制仿真对比分析,结果表明:采用模糊PID控制可有效降低轨迹跟踪误差,提高系统的控制精度和稳定性.     

双模式可重构并联机构的构型及其在酒盒产线中的应用

目的 为实现酒盒生产线上酒盒胶线点胶和酒盒底座清废环节的自动化,提出一种双模式可重构并联机构。方法 基于螺旋理论分析该机构在2种模式下的自由度,利用闭环矢量法和D-H法求得对应模式下的位置逆解,采用数值法求解机构工作空间、灵巧度和转动能力指标,给出该机构的应用实例。结果 该机构在2-URU/RRC模式下具有3T自由度,2-URU/URC模式下具有3T1R自由度,工作空间连续且无空洞,获得2-URU/RRC模式下灵巧度指标分布规律和2-URU/URC模式下动平台转动能力。结论 该机构在2-URU/RRC模式下可满足胶线点胶作业需求,在2-URU/URC模式下可满足底座清废作业需求,提高了酒盒生产线自动化程度。     

一种带有过载保护功能的二维转动柔性铰链

本文提出了一种二维转动的柔性铰链结构,其可以实现绕杆件轴线和垂直于杆件轴线两个方向的转动,同时具有保护柔性铰链不被破坏的作用。结合有限元分析采用各个方向刚度计算的方式对该柔性铰链的自由度进行验证,该柔性铰链满足两自由度转动的运动性能。对其承载能力、运动范围、力与变形的关系以及中心轴线偏移情况进行了分析。推导了其承载能力和运动范围与结构尺寸的关系,并且其力与变形程良好的线性关系,并且中心线偏移量很小。     

索杆式风电叶片检测装置的运动学分析

针对现有的风电叶片检测装置存在的缺陷,设计了一种由索杆混联结构驱动的风电叶片检测装置。首先,简述了该装置的零部件组成、独特的结构设计以及工作方式。其次,对其核心部件--索杆式检测平台进行了运动学分析,研究了检测平台上动平台的位姿与驱动绳索、驱动液压缸长度之间的关系以及动平台的4条驱动支链在指定运动过程中速度的变化,即针对检测平台的动平台和定平台分别建立了动坐标系和定坐标系,分别利用Newton-Raphson迭代法和空间向量分析法得出了并联检测平台的运动正反解模型,并且通过分析法推导出机构的速度雅克比矩阵。最后通过MATLAB编程,进行了正反解数值计算,通过位置反解验证了Newton-Raphson迭代法的正确性并绘制出驱动支链的运动变化曲线,为后续该检测装置工作空间及其实时控制的研究打下了理论基础。     

基于螺旋理论的管道蠕动并联机构的奇异性研究

以3-(P)URU(P)并联机构为主体的管道蠕动机构通过交替移动动定平台及连接两平台的3条URU支链实现在管道内的蠕动,从而可以应用于工农业运输管道的监测和探伤等.机构的奇异性会影响其使用效率和工程质量等,因此提出了一种移动并联机构的奇异分析方法并对该机构进行奇异性研究.首先,根据螺旋理论并结合线几何法分析了支链奇异、...     

一种可重构的空间开/闭链6R移动并联机构的设计与分析

移动并联机构的结构和运动模式对其移动性能的影响较大,而传统移动并联机构无法通过切换运动模式来适应复杂的地形环境。为提高移动并联机构的地形适应能力,以平面开/闭链6R（转动副）机构为基本单元,设计了一种可重构的空间开/闭链6R移动并联机构。通过控制单环6R机构的打开与闭合,该可重构移动并联机构可实现3种运动模式。其中,折叠模式时用于携带与储运;足式越障模式时可通过调节转动副角度来适应地面行走;滚动模式时可通过杆件的交替铺展支撑来实现在平面、凹凸或松软地面上的滚动。通过对可重构的空间开/闭链6R移动并联机构进行自由度分析和驱动配置,建立了该机构的运动学模型,并对其足式越障性能以及滚动模式在多种地形下的可行性进行分析。最后通过仿真分析来验证该机构的结构设计及其运动学模型的正确性。结果表明,可重构的空间开/闭链6R移动并联机构的3种运动模式均具有可行性和有效性,其稳定性和环境适应能力较为优良。研究结果为可重构移动机构的设计提供了参考。     

RxPzRy型2R1T部分解耦并联机构设计与分析

目的分析部分解耦的2R1T并联机构驱动副旋量特征,从而设计一类新型的部分解耦的RxPzRy型2R1T并联机构。方法基于完全解耦的并联机构的输入输出关系,将动平台角速度在定坐标系轴线方向的分量,变换为XYZ欧拉角角速度分量,得到角速度的完全解耦的分块雅可比矩阵,得到具有多个转动自由度机构的输出与输入部分解耦的关系。结果设计了一种新型部分解耦2R1T并联机构,分析表明该机构部分解耦。结论对于RxPzRy型2R1T并联机构在解耦设计时,使用旋量理论得到的关于角速度的雅克比矩阵不适用于具有多个转动自由度的并联机构完全解耦设计,使用文中提出的变换矩阵将其变换为关于欧拉角的角速度的雅克比矩阵,可以得到相应的对角矩阵,这种方法可以用来对具有多个转动自由度的并联机构完全解耦设计。