一种6DOF串并联机构性能指标分析

建立了一种6DOF串并联机构的雅克比矩阵,该机构底部是基于Delta机构、上面是球面2自由度五杆机构和一个独立旋转复合结构,对该机构3种灵巧度指标进行了分析,又定义了综合灵巧度指标,针对机构不同应用要求可以对3种灵巧度的指标取不同权值,并分析了其在工作空间内的变化,并用Matlab进行了仿真,研究结果可应用于该机机构的优化尺度综合和轨迹规划。     

考虑转速影响的机构动平衡研究

为了对机构的内部动态性能进行改善,应该进行机构的综合动力平衡.在传统研究机构动平衡问题时,均没有考虑机构的转速对动平衡参数的影响.该文通过仿真的方法,分别研究了在采用几种不同指标为优化目标时转速对平衡的影响,其结论对实际机构动平衡的优化具有参考价值.     

考虑外加负载影响的机构动平衡研究

为了对机构的内部动态性能进行改善,应该进行机构的综合动力平衡.而在传统研究机构动平衡问题时,均没有考虑外加负载对动平衡参数的影响.文中通过仿真的方法,分别研究了以几种不同指标为优化目标时负载对平衡的影响,研究结果对实际的机构动平衡具有参考价值.     

新型TBM推进机构力传递性能分析

在实际工况中,推进机构要承受重载荷、大突变载荷以及极限载荷,若力传递能力不足,将造成机构关键零部件损伤或失效。以搭建的新型TBM试验台为研究对象,运用SolidWorks建立推进机构重构后的三维实体模型,基于并联机构螺旋理论建立推进机构运动耦合度指标,对V型推进机构调向力与调向力矩以及运动耦合度进行分析,并以两种典型的推进机构为对象,比较两者的推力传递效率,验证该指标的正确性。     

一种含闭环结构单元的新型2R1T并联机构运动性能优化

提出了一种含闭环结构单元的新型2R1T并联机构—3-PPaS。推导获得了解析形式的机构位置正逆解,便于后续的运动规划及控制;采用数值搜索方法求解机构的可达空间,考察确定了机构转动能力与关键尺度参数的影响。进一步,应用雅可比矩阵条件数求解了反映机构转动能力的机构角速度性能全域指标和角加速度性能全域指标,并基于这两种性能指标,优选出了尺度参数的合理取值范围。相关成果为混联高效数控加工中心的研究奠定了理论基础。     

非对称3-PRS机构运动等效机构演化及约束性能对比分析

少自由度并联机构存在运动等效机构,表现为多种结构不同的机构运动学完全相同而性能各异,从具有运动等效特性的一组机构中遴选出性能优异的机型具有重要意义。基于运动等效机构的演化机理导出了一种非对称3-PRS机构的三种无过约束和三种含过约束的运动等效机构。基于运动/力传递指标对非对称3-PRS机构及其运动等效机构进行了优化设计,得到了优化尺寸区域。针对非对称3-PRS机构及其运动等效机构运动学相同而约束不同导致机构约束性能各异的特点,建立了此类机构的约束性能指标,在运动/力传递性能优化尺寸下,绘制了各机构的约束性能图谱,求解了各机构的全局约束指标,完成了此类机构的约束性能对比研究,实现了非对称3-PRS机构及其运动等效机构兼顾传递和约束性能的机构优选。     

对称超冗余驱动6RPS并联机构运动性能分析与优化

提出了一种全对称两转一移三自由度超冗余驱动6RPS并联机构,采用螺旋理论对该机构自由度进行了分析,建立了机构运动学反解并进行了仿真验证,结合局域指标与全域指标分析了机构运动/力传递性能,采用性能图谱与无量纲化结构参数对机构传递性能进行了优化,获取了机构6RPS的最优结构尺度与最优传递性能分布,研究了最优结构尺度下机构的全部优质姿态空间,并采用雅可比矩阵与运动/力传递性能分析了机构的运动奇异性。研究成果对于两转一移类并联机构研究与应用,提供了一定的理论基础。     

3-（2SPS）并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系。定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系。     

3-(2SPS)并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系.定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系.     

机器人机构的反向可驱动性设计

为提高机器人与人合作或交互的质量,减少机构自身的重力、惯性等带给使用者的不舒适体验,研究机构的参数设计方法,以一种2自由度虚拟样机为例,综合考虑运动学与动力学各向同性,以操作空间使用者需要克服的最大惯性来衡量机构的反向可驱动性,分析机构参数对系统性能的影响.以运动学各向同性为指标,给出运动学参数设计标准.建立机构的动力学模型,考虑机构的重力平衡、反向可驱动性和动力学各向同性,给出各指标的影响因素.最后对一组特定参数进行校核和分析,并给出具体指标数据.该机构在工作空间中部具有好的各向同性,有部分重力未得到平衡,等效质量在工作空间中部很小,外侧稍大.根据改进设计建议,合理调节机构质量分布和关节杆长可有效提高系统性能.研究结果可以推广到各种以反向可驱动性为重要指标的机器人机构参数设计与校核.     

并联机器人机构加速度的性能指标分析

给出了统一的对任何少自由度并联机器人机构和并联多环非对称机构都适用的速度和加速度的性能指标、线加速度和角加速度的性能指标、六自由度并联机器人机构的加速度性能指标、线加速度和角加速度的性能指标；少自由度并联机器人机构和并联多环非对称机构都适用的全条件性能指标；六自由度并联机器人机构和少自由度并联机器人机构及并联多环非对称机构都适用的控制精度度量指标。     

Evaluation of the power consumption of a high-speed parallel robot

An inverse dynamic model of a high-speed parallel robot is established based on the virtual work principle. With this dynamic model, a new evaluation method is proposed to measure the power consumption of the robot during pick-and-place tasks. The power vector is extended in this method and used to represent the collinear velocity and acceleration of the moving platform. Afterward, several dynamic performance indices, which are homogenous and possess obvious physical meanings, are proposed. These indices can evaluate the power input and output transmissibility of the robot in a workspace. The distributions of the power input and output transmissibility of the high-speed parallel robot are derived with these indices and clearly illustrated in atlases. Furtherly, a low-power-consumption workspace is selected for the robot.     

Kinematic Sensitivity Analysis and Dimensional Synthesis of a Redundantly Actuated Parallel Robot for Friction Stir Welding

Friction stir welding(FSW) has been widely applied in many fields as an alternative to traditional fusion welding. Although serial robots can provide the orientation capability required to weld along curved surfaces, they cannot adequately support the huge axial downward forces that FSW generates. Available parallel mechanism architectures, particularly redundantly actuated architectures for FSW, are still very limited. In this paper, a redundantly actuated 2 UPR-2 RPU parallel robot for FSW is proposed, where U denotes a universal joint, R denotes a revolute joint and P denotes a prismatic pair. First, its semi-symmetric structure is described. Next, inverse kinematics analysis involving an analytical representation of rotational axes is implemented. Velocity analysis is also conducted, which leads to the formation of a Jacobian matrix. Sensitivity performance is evaluated utilizing level set and convex optimization methods, where the local sensitivity indices are unit consistent, coordinate free, and of definite physical significance. Furthermore, global and hierarchical sensitivity indices are proposed for the design process. Finally, dimension synthesis is conducted based on the sensitivity indices and the optimal link parameters of the parallel robot are obtained. In summary, this paper proposes a dimensional synthesis method for a redundantly actuated parallel robot for FSW based on sensitivity indices.     

Analysis of the kinematic characteristics of a high-speed parallel robot with Schönflies motion: Mobility,kinematics, and singularity

This study introduces a high-speed parallel robot with Schönflies motion. This robot exhibits a promising prospect in realizing high-speed pick-andplace manipulation for packaging production lines. The robot has four identical limbs and a single platform. Its compact structure and single-platform concept provides this robot with good dynamic response potential. A line graph method based on Grassmann line geometry is used to investigate the mobility characteristics of the proposed robot. A generalized Blanding rule is also introduced into this procedure to realize mutual conversion between the line graphs for motions and constraints. Subsequently, the inverse kinematics is derived, and the singularity issue of the robot is investigated using both qualitative and quantitative approaches. Input and output transmission singularity indices are defined based on the reciprocal product in screw theory and the virtual coefficient by considering motion/force transmission performance. Thereafter, the singular loci of the proposed robot with specific geometric parameters are derived. The mobility analysis, inverse kinematics modeling, and singularity analysis conducted in this study are helpful in developing the robot.     

一种正交并联机器人的灵巧度指标及其分布

并联机器人的灵巧度是衡量输入与输出运动 (力 )之间传递精度的重要指标 ,研究灵巧度在工作空间内的分布规律 ,对并联机器人的任务规划和控制意义重大。基于力Jacobian矩阵和Jacobian矩阵 ,提出新型 6 -SPS正交并联三维平台机器人机构的灵巧度指标 ,给出这些指标在工作空间内的分布情况 ,为该种三维平台机器人机构的进一步研究和实用化提供理论基础     

一种新型4自由度高速并联机械手动力尺度综合

研究一种可实现SCARA运动的新型4自由度高速并联机械手动力尺度综合方法。简要阐述该机构中由可变菱形动平台和齿轮增速机构生成绕z轴转动的传动原理。在建立运动学和刚体动力学模型基础上,利用直接和间接雅可比代数特征构造出两类可用于描述运动/力在链内和链间传递能力的压力角,并提出一种基于单轴最大驱动力矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在满足工作空间与机构尺度比、可装配条件等几何约束和运动学性能约束下,综合出一组可使得系统刚体动力学性能全域最优的尺度参数,并利用Adept拓展轨迹预估出电动机参数。     

混合输入五杆机构运动性能的分析

混合输入五杆机构是最简单的平面并联机器人。根据混合输入五杆机构的三种机构类型 ,确定它们各自的求解空间 ;按照全局运动性能指标 (GCI)定义 ,推导出混合输入五杆机构的运动性能指标的数学模型 ,利用此数学模型和混合输入五杆机构的工作空间的特征 ,建立混合输入五杆机构运动性能的计算算法及求解空间的运动性能图谱。最后 ,给出混合输入五杆机构运动性能的分析实例     

一种新型非对称五自由度混联机器人的尺度综合

提出一种新型非对称五自由度混联机器人,由三自由度1T2R位置型并联机构和二自由度A/C转头串接组成。为保证机器人具有近似面对称的性能,围绕其中的并联机构开展尺度综合研究。通过定义并联机构的参考位形,提出一种凝练独立尺度参数的方法,并定义出可评价工作空间、运动/力传递特性及其面对称程度的运动学性能指标。在此基础上,将机构尺度综合问题归结为一类有约束多目标优化问题,并采用范数理想点法,得到一组可使机构兼具优良的运动/力传递特性及大作业空间/机构占地比的尺度参数,同时运动/力传递特性在全域内具有近似面对称乃至轴对称分布。在相同尺度参数下与Exechon和TriMule机器人的对比分析表明,该机器人具有与二者近似的全域运动学性能。     

6—SPS正交机构的运动学传递性分布研究

并联机器人的运动学传递性能是随其位姿变化而变化的,研究运动学传递性能在工作空间内的分布规律,对并联机器人驱动器的选择与控制有重要意义。本文介绍一种6自由度正交三维平台机器人新机型结构特点,定义其运动学传递性能评价指标,并给出了这些指标在定位姿工作空间内的分布情况。     

计算机辅助几何技术用于并联机器人机构学研究方法论

提出将计算机辅助几何技术用于并联机器人机构学研究的基本理论和方法。基于CAD几何约束和尺寸驱动技术原理,建立并联机器人模拟机构,该模拟机构的运动特性与装配成的三维机构实体完全等效。研究表明,计算机辅助几何技术用于并联机器人机构学的研究不仅具有简捷直观、求解精度高和重复性好的优点,而且无需解析求解和辅助编程就可完成并联机构的型综合和运动特性分析,为研制更多实用的新型并联机器人提供有效的工具。