一种新型3-DOF混联机械臂的运动学基础分析

机械臂运动学基础性能分析是其控制和应用的基础。分析了一种新型3一DOF混联机械臂的运动学传递性能,定义了这种混联机械臂的速度传递性能评价指标,并研究了评价指标在定姿态工作空间内的分布规律,为这种混联机械臂的设计与控制奠定了理论基础。这种新型3-DOF混联机械臂具有工作空间大、运动灵活、刚度大和工艺性好等优点。     

解耦混联机构的构型综合

为综合得到解耦混联机器人构型,基于GF集理论提出一种简单而有效的解耦混联机构型综合方法及其构型法则。首先阐述GF集的概念及运算法则;其次通过GF集元素组合和转动轴线迁移定理构造混联拓扑结构,并给出机构输入运动副选择原则和解耦分支设计准则,确保了混联机构运动解耦性;然后根据该构型综合原理,完成2T2R四自由度解耦混联机构型综合具体过程;最后,针对所综合的解耦混联机构,运用混联机构末端分析方法求解其机构的自由度,同时求得其雅克比矩阵,验证了该机构的解耦特性,进一步证明了该构型方法的有效性。     

四足仿生机器人混联腿构型设计及比较

四足仿生机器人一直是机器人领域研究的热点之一。对国内外的研究现状和代表样机进行综述,总结现有四足机器人的腿构型的优缺点。混联腿构型结合了并联机构和串联机构的优点,可在提高机器人载重/自重比的同时,满足快速稳定响应的需求,从而实现高速、低能耗、高承载的运动。提出三种不同的3自由度混联腿机构,由1自由度的四杆机构和2自由度的平面并联机构串联组成。建立3种混联腿的运动学模型。根据四足机器人的行走设计需求,总结三种混联腿机构的特点,并建立其各自的工作空间模型。基于对角小跑的轨迹,分析三种混联结构在空间上的承载能力和各向同性度。通过对比分析选择第三种混联腿作为最优选项,并进一步与经典串联腿进行驱动力矩比较,证实混联腿的优越性。通过样机负重行走试验验证结果的可靠性,为四足混联腿机构机器人的后续研究奠定理论基础。     

复杂平面机构装配构型的求解分析与选优

本文基于以有序单开链为基本单元的机构结构理论，给出了一类复杂平面连杆机构运动全过程装配构型求解的一种简便数值计算算法及其计算机自动生成软件，为机构实际装配及类型选优提供了基础。     

平面3-DOF PRR-RRP型六杆机构的曲柄存在条件

针对平面3-DOF PRR-RRP型六杆机构,引入虚杆概念。通过虚杆等效方法,将六杆机构等效为四杆杆链。基于Grashof定理,全面分析了PRR-RRP型六杆机构各构件长度与曲柄存在的关系。根据机构的装配关系,推导出不同杆长关系下的曲柄存在条件,并给出判定PRR-RRP型六杆机构曲柄的程序流程图。该条件为平面3-DOF PRR-RRP型六杆机构的设计与优化奠定了基础。     

基于螺旋理论和自由度分配的混联机器人构型综合

合理的混联机构设计结合了串联机构和并联机构的优点,但是混联机构构型是机构设计中的难点。针对这一问题,提出一种基于螺旋理论和自由度分配原理的混联机器人构型综合方法,并通过四自由度混联机器人构型过程对该方法进行了验证。通过螺旋支链法完成并联机构构型,得到二、三自由度并联机构;根据自由度分配的原理,结合期望自由度对自由度进行分配,并进行四自由度混联机器人构型综合,得到了一系列四自由度混联机器人构型。     

基于单开链单元的3R2T混联机器人构型综合

通过分析少自由度串联机器人机构和并联机器人机构的构型特点,基于运动螺旋线性无关的原理,以单开链少自由度串联机构为单元,提出了一种系统有效的混联机器人构型综合的新方法和单并联、多并联混联机构的概念及表示方法。首先根据螺旋理论构造了单开链3R2T五自由度串联机构,其次将并联机构视为一个复合运动单元构型到串联机构中,替代串联机构中运动基相同且连续的若干运动单元,3R2T五自由度混联机器人构型,最后通过运动螺旋的线性组合来生成其它混联机构。     

基于单开链单元的3T2R混联机器人构型综合

通过分析少自由度串联机器人机构和并联机器人机构的构型特点,基于运动螺旋线性无关的原理,以单开链少自由度串联机构为单元,提出了一种系统有效的混联机构构型综合的新方法和单并联、多并联混联机构的概念及表示方法。首先根据螺旋理论构造单开链3T2R五自由度串联机构,其次将并联机构视为一个复合运动单元构型到串联机构中,替代串联机构中运动基相同且连续的运动单元,从而获得3T2R五自由度混联机器人构型。最后通过运动螺旋的线性组合生成其他混联机构。     

平面3-RRR型混联机构的曲柄条件和可动性研究

在传统平面三支链并联机构的基础上,提出一种平面三自由度混联机构。通过杆件的曲柄条件研究了机构的可动性。扩展了可装配性定理和可动性准则,并应用这些准则对该混联机构中存在的曲柄进行了详细的分类。根据杆件尺寸之间的约束条件,推导出机构的曲柄条件,由该条件能快速判断机构中曲柄的存在性和机构类型,为该机构的深入研究提供了基础。     

两移动三转动混联机构型综合

基于GF集理论提出一种系统有效的串联、并联混联机构型综合方法。首先介绍GF集的基本概念、运算法则,以及转动特征存在条件。然后通过分析混联机构结构的组成特点,基于GF集元素组合和转动轴线迁移定理,提出了设计混联机构型综合方法,根据机构的拓扑结构和结构参数之间的关系,建立了混联机构数综合方程,给出了混联机构型综合的具体步骤。之后根据混联机构型综合理论,完成了具有2T3R混联机构运动特征的构型设计,得到了大量新构型。最后,针对综合出的一种2T3R混联机构,通过混联机构末端分析方法,验证了所设计出混联机构的运动特征,从而证明了构型综合方法的正确性。     

三自由度平面并联机构位姿分析

并联机器人由于优点众多而广泛应用于各个领域.以3-PRR平面并联机构为研究对象,用Pro/E软件进行了三维实体建模,绘出了并联机构的简图,解决了机构的正解问题.运用蒙特卡罗法求出了不同角度的工作空间.这种研究方法同样可以用来求解其他类型的并联机构的工作空间.     

平面三自由度3-RRR并联机构的驱动力矩分析

提出了用虚功原理来研究平面三自由度3-RRR机构的受力特性。对该机构的逆运动学和雅可比矩阵进行了分析。推导出了驱动力矩的的线性形式,然后基于Matlab软件对机构的运动学进行了分析,与ADAMS软件的结果进行了比较,最后得出了驱动构件驱动力矩及运动副反力的变化规律。研究结果为进一步研究此种并联机构的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等都有重要的意义。     

平面三自由度柔顺机构构型设计与性能分析

采用并联原型机构微分雅克比矩阵与实体各向同性材料惩罚函数法(Solid isotropic material with penalization, SIMP)相结合的拓扑优化方法,以柔度最小和低阶模态频率最大为多设计目标,建立平面三自由度柔顺机构拓扑优化模型实现拓扑优化。以拓扑优化得到的模型边界为形状优化为设计变量,对拓扑优化模型应力与末端位移约束为优化目标进行二次优化。采用增材制造方法3D打印技术对平面三自由度柔顺机构拓扑构型进行加工,并采用雷尼绍双频激光干涉仪进行测量与数据采集。实验与有限元仿真对比结果表明:采用多目标拓扑优化和形状优化组合形成二次优化,运用二次优化方法设计得到的平面三自由度柔顺并联机构,在满足机构具有很好的整体刚度要求下,拥有很高的低阶模态频率实现振动拟制,而且能够实现微纳尺度位移运动特性。     

一种二自由度并联平面机构的尺度综合

在确定机构装配方式基础上,求解了二自由度并联机构的位置正反解和速度雅克比矩阵。综合考虑机构工作空间和机构传动角,提出了一种机构尺寸设计的新方法。选择可操作度作为灵巧度评价指标,结合该指标对基于工作空间的尺度综合结果作进一步分析和验证。这个尺度综合方法有益于机构的设计与应用。     

一种平面三自由度并联机构设计及其应用

提出了一种3-SPP平面三自由度并联机构。针对该机构先从理论上进行了自由度数计算和运动学分析,然后完成了该机构的结构设计和样机试制,最后在大型激光器的大口径光学元件安装和拆卸中进行机构设计目标验证。实验结果表明,该机构满足设计运动期望,达到了定位精度和可调范围指标,实现了对大口径光学元件位姿的精确调整。     

三平移弱耦合并联机器人机构机型及位置精度分析

针对基于混合单开链的三平移弱耦合并联机器人机构机型设计的一种新方法，阐述了动平台可实现三平移的实用新机型的设计过程。基于并联单开链求交思想，给出了静平台上三个转动副为主动副、具有弱耦合的多种新的基本机型。针对该类机构建立运动学模型和误差模型，研究了影响该类机构并联机器人操作器精度的因素，由于该类机构具有弱耦合特性，使得用软件方法提高机构精度值变得方便易行。运用正交网格方法分析了各杆长及参数对末端精度的影响程度，找到了影响该机构误差的主要因素，为提高该类并联机构机器人末端输出精度提供了依据，具有很大的实用价值。     

1T2R3自由度并联机构拓扑结构综合

研究1T2R 3自由度UP和UPR-SPR型等效运动并联机构的拓扑结构综合方法。该方法借助虚拟链法综合思想,在分析UP和UPR-SPR虚拟链约束旋量系的基础上,以4、5自由度支链为机构分支运动链,揭示其运动副轴线需要满足的几何条件,由此得到多种含冗余驱动/过约束的新构型。在此基础上,提出采用在移动副两端配置若干转动副构造4、5自由度可重构支链来搭建各种1T2R 3自由度并联机构的可行方案。     

一种两自由度平面并联机构的运动学分析

针对一种两自由度平面并联机构,利用Catia建立了该机构的三位立体模型,对其进行了运动学的正反解分析,在此基础上利用Maple对该机构的工作空间进行了讨论,研究了机构各个参数对工作空间的影响,并且给出了该机构的奇异点,为其进一步实际应用奠定基础.     

平面三自由度连杆机构的型综合

利用图论理论,分析了平面三自由度的8杆、10杆机构类型的数综合。利用数综合的结果,从拓扑结构出发,分析研究了平面三自由度的8杆、10杆机构的运动链的基本结构型式。从机构的可运动性出发,得出了8杆机构运动链的全部5种型式,以及10杆机构运动链中表明多副杆件不同串、并联关系的40种基本机构型式。为平面三自由度连杆机构的创新和应用提供了理论基础和依据。