完全各向同性五自由度混联机构型综合

针对混联机构内部耦合性带来运动学分析困难的问题,基于G_F集理论提出了一种简单而有效的三移动两转动(3T2R)完全各向同性构型综合方法。介绍了G_F集的基本概念和运算法则。通过分析混联机构组成特点,提出了将并联、串联模块按照G_F集求和运算以及G_F集元素组合原则构造完全各向同性混联机构的方法,建立了混联机构数综合方程。同时给出了机构输入运动副选择原则和支链设计准则,确保了混联机构中各模块运动的解耦性。按照完全各向同性混联机构设计步骤,得到了构成完全各向同性3T2R混联机构各模块单元的组合形式。以其中一种组合形式为例,综合出了完全各向同性3T2R五自由度混联机构。基于约束螺旋理论,分析了所综合出的一种混联机构的自由度,通过ADAMS建模得以验证,通过对模型运动仿真,绘制出机构末端输出速度曲线,验证了完全各向同性构型综合方法的正确性。     

基于螺旋理论的三移两转混联解耦机构型综合

针对3T2R混联解耦机构的构型综合问题,提出一种基于螺旋理论的混联解耦机构构型综合方法。首先基于运动基组合分配理论,给出3T2R五自由度混联机构所有可能的结构类型;然后基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出完全解耦并联机构构型综合方法,运用该方法可以实现各类少自由度完全解耦并联机构的构型综合;再将综合的完全解耦并联单元构型到已有的混联构型中,得到解耦混联机构构型,并用该方法完成了3T2R类五自由度混联解耦机构构型综合;最后根据约束几何分析法分析了所综合的一种混联机构的瞬时特性,给出了运动学分析,推导了机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性。     

基于G_F集理论的3T2R并联机构型综合

针对工业应用中的一类并联机构——3T2R并联机构,提出了基于G_F集构型理论的并联机构型综合方法,给出了3T2R并联机构的构型综合的具体步骤。结合具体3T2R并联机构的应用参数需求,最终筛选出部分具有确定末端运动特征的3T2R并联机构。从中选出3-PPPR1R2为研究对象,运用ADAMS对该机构进行了运动学和动力学分析,验证了基于G_F集构型理论的并联机构型综合所选3T2R并联机构的正确性。     

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。     

六自由度完全解耦并联机构型综合

通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原理和螺旋理论提出了6自由度(3R3T)完全解耦并联机构构型综合方法。首先,基于完全解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋;再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后,根据完全解耦并联机构分支组合原理,依次选取6条支链连接动定平台,得到多种3R3T完全解耦并联机构。综合的完全解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有较好的应用前景。     

3T2R完全解耦并联机构的型综合研究

针对并联机构的运动往往是非线性、强耦合问题,提出一种完全解耦并联机构型综合原理。首先利用互易螺旋理论对3T2R并联机构的输入输出展开分析,揭示了完全解耦并联机构的雅可比矩阵特点,得到了完全解耦并联机构的移动特征和转动特征条件;其次基于支链驱动理论构造满足完全解耦并联机构的各条支链,根据并联机构约束综合理论,依据提出的支链选取原则依次选取每条支链,连接动、定平台,完成完全解耦3T2R并联机构的型综合;最后针对综合的一种完全解耦并联机构,求得其运动雅可比矩阵验证了机构的解耦特性。     

一种三自由度并联解耦机构的型综合

基于李群分析了2T1R并联机构动平台运动的几何条件,得到满足动平台运动要求的李群结构。通过线性组合得到多种满足光滑位移子流形的支链构型。建立了并联解耦机构的设计准则。以此为据,得到了2T1R并联解耦机构的KP(kinematic pair)旋量系。从满足三维及四维光滑位移子流形的支链构型中确定出满足解耦条件的支链集。综合出9种基于基本副的2T1R并联解耦机构,绘制了构型简图。应用旋量理论对机构的输出特性进行了验证。研究表明:以李群作为型综合的基础,采用旋量理论进行解耦优化,对于并联解耦机构的型综合具有普适性。     

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。     

基于空间几何的无伴随运动并联机构分析与综合

一移动两转动(1T2R)三自由度并联机构普遍存在的伴随运动对机构的运动精度及性能有不利影响,为得到一系列1T2R无伴随运动的并联机构,利用空间几何理论及螺旋理论对无伴随运动并联机构进行分析与综合.基于空间几何理论分析了无伴随运动并联机构的转轴条件,结合螺旋理论分析了该类机构动平台平面与约束螺旋的空间位置关系,将至少拥有1T2R自由度的支链分成4类,分析[R]-型支链在不同支链布局下的约束螺旋位置及转轴位置对伴随运动的影响,从而给出了1T2R无伴随运动并联机构的构型准则及结构条件,并通过构型综合得到了105种无伴随运动并联机构.对一种新型2RPU-RPRU无伴随运动并联机构进行了运动学分析,验证了该方法的正确性.     

3自由度转动广义解耦并联机构构型综合

基于传统解耦并联机构的定义,并结合3自由度转动解耦并联机构的研究现状,提出一种广义解耦的概念。在广义解耦中,对机构的输出参数进行限定,同一输出参数对应的运动可叠加,保证移动解耦或者转动解耦并联机构具有更好的输出特性。根据机构运动与分支运动之间的关系,提出一种新型广义解耦并联机构型综合方法,包括分支运动规划、分支型综合、分支组合三个过程。根据并联机构中的运动副特性,得到分支实现单一轴线方向转动的条件,并基于该转动条件提出一种转动单元的概念。基于广义解耦并联机构的定义,选取一组满足要求的参数作为3自由度转动解耦并联机构的输出参数,利用提出的型综合方法,并结合转动单元的概念,对3自由度转动广义解耦并联机构进行型综合并得到了大量3自由度转动广义解耦并联机构构型,同时验证了广义解耦的概念以及型综合方法的可行性和有效性。该研究为解耦并联机构的型综合提供了理论基础和新的设计方法。     

基于螺旋理论的3T1R完全解耦并联机构型综合

利用螺旋理论和独立驱动原则对3T1R类完全解耦并联机构进行型综合。首先根据期望3T1R完全解耦并联机构的运动特征(沿X、Y、Z轴方向的移动和绕Z轴方向的转动)和完全解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;然后根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可以配置支链的所有可能构型;最后根据并联机构运动原理依次取出四条支链连接动平台和定平台得到3T1R完全解耦并联机构。综合的并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景。     

基于G_F集理论的三转动四支链并联机构构型综合

针对并联机构位置正解复杂的问题,基于G_F集理论提出了一种具有三转动运动特征的四支链并联机构构型方法,此类并联机构通过一条支链确定动平台的位置;通过另外三条支链确定动平台姿态。介绍了G_F集的基本概念和运算法则,建立了并联机构数综合方程。根据各支链的末端特征进行支链设计,根据G_F集运算法则得到并联机构G_F集的各种组合方式。在所有并联机构组合中选取RRPS/3-SPS并联机构为研究对象,对其进行运动学分析,通过对机构进行位置正反解的分析发现,此类并联机位置分析的正反解都很容易,解决了并联机构位置正解难的问题,为以后的运动学分析提供了很大的便捷。     

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GF集的3T1R类并联机构构型研究

GF集是一种特殊的集合,用于对机构末端的运动特征进行描述.首先介绍GF集的基本概念和基于GF集的并联机构构型方法,而后提出了基于GF集的3T1R并联机构构型方法.根据该构型方法,得到可构成3T1R类并联机构的GF集的各种组成方式,并列举出具有确定运动特征的支链.最后,根据GF集的求交运算法则,构造了3T1R类并联机构.     

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。     

一种新型四自由度并联机器人机构分析

针对并联机构的构型综合问题,一直是机构学研究的难点和热点。基于螺旋理论构造了一种新型四自由度解耦并联机构,该机构能够实现空间的三维转动和一维移动,具有完全解耦和完全各向同性特点。首先,运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,验证了构型方法的正确性。其次,通过建立机构输入输出运动关系,得到机构的雅可比矩阵,同时对机构进行完全解耦输入输出关系分析和机构工作奇异性分析,讨论了机构的完全各向同性、完全解耦结构特性。最后,运用adams软件对该机构进行了运动仿真分析,证明了理论分析的正确性。这种并联机构的稳定性好、刚性好、控制简单,具有良好的应用前景。     

三转一移解耦并联机构型综合

通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原则和螺旋理论提出了三转一移(3R1T)解耦并联机构构型综合方法。首先,基于解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据解耦并联机构分支组合原则,依次选取四条支链连接动平台和定平台,得到3R1T解耦并联机构。综合的解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,属于解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有一定的应用前景。     

基于螺旋线矢力的一类三自由度对称并联机器人结构研究

针对二转动一平动(2R1T)三自由度并联机器人,基于螺旋理论,提出了可能的支链方案.分析了支链只存在单约束线矢力的情形,利用互易螺旋,得到支链运动副组合及其相应的设计原则.由于空间线矢力对转动与平动自由度都有影响,讨论了此类并联机器人自由度与约束线矢力空间分布之间的关系.综合支链运动副设计原则与机构设计所需线矢力空间分布,可得到符合实际应用的具有2R1T运动特征的并联机器人.通过对3-RPS三自由度并联机构的分析,具体说明了空间线矢力与并联机构自由度之间的相互影响.同时,此种机构综合方法也适用于其它少自由度并联机构构型的综合与优化设计.     

两转一移冗余驱动并联机构构型综合新方法研究

在铣削、钻铆、焊接等领域需要2R1T三自由度执行机构,特别是在高刚度、大工作空间、良好驱动稳定性等场合需要引进冗余驱动来改善2R1T并联机构的性能,为此基于Grassmann线几何和图谱法提出了一种系统有效且简单实用的2R1T冗余驱动并联机构构型综合新方法。根据机构的运动模式确定动平台的自由度线图,然后根据对偶法则得到动平台约束线图,通过在动平台约束线图增加冗余线得到冗余约束线图及其等效线图,根据支链约束分配原则将其分为7种方案;采用图谱法基于约束方案构造相应支链,并根据支链选取和配置准则综合机构的初步构型,每种方案分别综合了12、67、96、0、12、48、16种新构型,共综合出251种新构型,其中包含了一些文献所提出的2R1T冗余驱动并联机构;通过图谱法对已综合机构进行瞬时性分析,发现方案1和方案2所综合机构具有瞬时性,提出将该类机构中的一对平行力约束共轴布置的改进方法可消除其瞬时性,通过瞬时性分析验证该综合方法的可行性和合理性。该方法同样适用于4、5、6自由度冗余驱动并联机构构型综合。     

无耦合完全各向同性1T1R并联机器人机构构型综合

基于螺旋理论对具有无耦合、完全各向同性特点的1T1R并联机构进行了构型综合,综合的并联机构采用支链独立驱动原则,即并联机构的输出运动是由独立的输入驱动提供的。首先根据期望1T1R并联机构的运动特征(沿Z轴的移动和绕Z轴的转动)和完全各向同性并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;其次根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据约束螺旋理论依次取出两条支链连接动平台和定平台得到并联机构。通过这种方法得到大量无耦合完全各向同性1T1R并联机构。最后对综合出的一种并联机构进行了运动学分析,验证了构型方法的正确性。