基于G_F集的三移两转并联机器人构型研究

GF集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集的三移两转(3T2R)并联机构构型方法.根据该构型方法,得到可构成3T2R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3T2R类并联机构.     

Type Synthesis Method for the Translational Decoupled Parallel Mechanism Based on Screw Theory

Coupling is the significant characteristic of parallel mechanism, while it is just the coupling that brings about much difficulty for the configuration design, theoretical analysis and the development of the control system of the parallel mechanism. And recently, the research on the deeoupled parallel mechanism becomes one of the research hot points in the mechanism fields. In this paper, a type synthesis method for the translational decoupled parallel mechanism （TDPM） is proposed based on the screw theory. To achieve the decoupling characteristics of the translational parallel mechanism, the translational decoupled criterion for type synthesis of the branches are presented in this paper. According to this criterion and the realization conditions of rotational degree of freedom of the mechanism proposed former, a large number of branches for the TDPM are obtained. Taking the three degrees of freedom （DOFs） TDPM as an example, the process of type synthesis is discussed in detail. Using this proposed type synthesis method, a serial of translational decoupled parallel mechanisms, including but not limited to all the existing typical 3-DOF TDPMs, are obtained, which identifies the correctness and effective of the method. The contents of this paper provide a reference and possess significant theoretical meanings for the synthesis and development of the novel decoupled parallel mechanisms.     

三自由度球面并联机构的型综合

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节,是机构创新设计的基础。以单开链支路为单元,提出了三自由度球面并联机构型综合的一种系统、有效的方法。按支路运动输出特征矩阵将三自由度球面并联机构分成四种情况分别进行构型综合,对每种情况给出了一个具体机构实     

一类对称三自由度移动多环耦合机构的构型综合

针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-(RRR)RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据单闭环自由度公式确定耦合支链上运动副的个数.然后,为避免出现瞬时机构,分析耦合支链上运动副的种类.最后,通过对耦合支链的组装,综合出了一类具有一、二级耦合节点的对称三自由度移动多环耦合机构.     

基于单开链单元的三平移并联机器人机构型综合及分类

以单开链支路为单元,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了三平移输出并联机器人机构型综合的一个种系统、有效的新方法。型综合共得到３１个机构,并进行了分类。其中２７个机构为本文首次给出,提出的三平移并联机器人机械型综合方法具有普遍性意义,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。     

一种新型解耦二腿三维平移并联机构及其运动分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,设计了一种动平台能实现空间三维纯移动的二腿并联机器人机构,对其进行了机构运动确定性分析、运动输出特性分析;还给出了其位置分析的正、逆解析解及速度解析解,讨论了该机构的输入-输出运动解耦性。     

平面并联机构运动和动力分析的序单开链法

并联机构具有精度高、刚度大、承载能力强等优点,应用非常广泛.由于存在多变量,并联机构呈现出非线性、多参数耦合的特点,其动力学问题具有一定的复杂性.以单开链为单元对一种平面并联机构进行结构分解,按结构分解的正序进行了运动分析,在运动分析的基础上按结构分解的逆序对该机构进行了动力学分析.序单开链法可以使机构运动学、动力学方程的维数降至最低,且恰等于机构的耦合度,因此该方法可以方便求解机构动力学问题,且计算效率较高.     

基于螺旋理论的少自由度并联机构自由度分析

少自由度并联机构自由度的减少本质上是因为受到分支施加的结构约束的合成作用决定。运用螺旋理论描述单个分支约束及所有分支约束的合成，并从几何上直接分析约束的线性相关性，判别出机构自由度的性质，同时给出公共约束，冗余约束存在的几何条件和相应的判别计算公式，在此基础上得到普遍适用于少自由度并联机构自由度计算的修正Grtibler—Kutzbach计算公式和一种等价的完全依靠约束分析的自由度计算公式。笔者提出的方法不仅适用于对称少自由度并联机构，也适用于非对称少自由度并联机构。     

基于方位特征集的两平移一转动并联机构综合及分类

基于方位特征集的并联机器人结构综合的一般方法,全面系统地对两平移一转动的并联机器人机构进行了结构类型综合,对包含有两平移一转动输出的单开链支路进行了分析与研究,筛选出符合条件的单开链类型,并对单开链支路进行排列组合得到一系列两平移一转动输出的并联机构。文中给出了其中38种结构类型,并按单开链支路类型对设计的两平移一转动并联机器人进行分类。     

Type synthesis principle of minor-mobility parallel manipulators

This paper originally presents a systematic general type synthesis principle of minor-mobility parallel manipulators. Based on the properties and geometrical conditions of structure constraint of minor-mobility parallel manipulators, this principle will be a cornerstone in solving the problem of type synthesis of minor-mobility parallel manipulators. Many mechanisms have been synthesized by this principle, which illustrated the validity and universality of this principle.     

平行分度凸轮机构运动谱设计

对平行分度凸轮运动谱的设计进行了分析研究,提出运动谱设计的准则。介绍了程序设计的方法。并用VC 开发了CamDis V2程序,实现了分度轮运动谱设计自动、形象、直观的优点。设计实例说明程序操作简便、设计高效。     

一种2R1T类球面并联机构的瞬时速度分析

对一种2R1T（R表示旋转,T表示平移）的类球面并联机构进行了瞬时速度分析. 由于机构的动平台中心与基座中心始终关于过3个球关节的平面对称,利用几何法很容易获得动平台的位置解,然而机构的瞬时速度的计算则相对复杂,尤其是角速度的计算严重依赖姿态矩阵或完整雅克比矩阵的正确求解,并且计算效率低、容易出错. 为此,采用Riemann对称空间理论方法,从机构子链旋量系的对称性出发,建立各子链关节运动的约束,从而简化机构动平台瞬时速度的计算,机构所有可能的瞬时速度组成了一个线性空间,这个空间的基正好解释了机构的瞬时自由度. 最后,给出算例验证了该方法的正确性和有效性. 通过ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学）软件仿真与理论计算对比,角速度误差控制在-0.004~0.006 rad/s以内,线速度误差控制在-0.01~0.015 mm/s以内,采用对称空间理论方法计算瞬时速度用时5.187 s.     

2TIR型少自由度并联机器人新构型及其运动

目的通过运动学分析,完善并联机器人理论,优选设计2TIR型新型并联机器人机构,解决并联机器人产业化关键技术．方法用添加约束法实现二维平动和一维转动的并联机器人构型设计。并对新构型进行约束分析和自由度计算;对新型3自由度并联机器人作位置分析和速度分析。用空间坐标转换理论推导出机构的雅可比矩阵;通过仿真方法描绘出机构的运动曲线、结果通过计算分析,用添加约束法作出的3种新构型3-TPS／RPP、3-TPS／CP和3-TPs／RUp。证明都具有3个自由度,能实现二维平动和一维转动．建立了新构型机构的位置正、反解计算方程．计算雅可比矩阵,求出速度反解．结论该类并联机器人的速度较平稳,可控性良好、3种2TIR型少自由度并联机器人新构型能实现预定的运动,具有良好的运动性能,可以进一步开发和应用．     

基于球面三角学的球面并联机构位姿正解

用球面三角学的方法求3自由度球面并联机构的位姿正解，使其平面化。找出了能确定Stewart平台3自由度运动的2个输出变量，使求解工作大为简化。用消元法解决了一般3自由度球面并联机构的位姿正解问题。以正交3自由度球面并联机构为例，进行实例分析，导出了简洁的位姿正解显式解析式，完全解决了该机构实时控制的问题。     

基于OpenGL的新型平行分度凸轮机构设计与仿真

基于OpenGL，开发了新型对称内啮合平行分度凸轮机构的设计与运动仿真系统。该系统能完成新机构参数的自动综合和凸轮轮廓的自动生成，进行具有真实感的运动仿真，验证机构参数设计是否合理和各构件在运动过程中是否发生干涉等。因此该系统提供了新型平行分度凸轮机构可视化设计工具，可大大提高新机构产品设计的效率和质量。     

基于空间多面体向心机构的伸展臂设计研究

针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-（RRR）RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据单闭环自由度公式确定耦合支链上运动副的个数.然后,为避免出现瞬时机构,分析耦合支链上运动副的种类.最后,通过对耦合支链的组装,综合出了一类具有一、二级耦合节点的对称三自由度移动多环耦合机构.

     

空间三自由度柔顺并联机构设计与仿真分析

刚体替换法是柔顺机构设计重要方法之一。基于刚体替换理论,选取合适的空间机构构型,选用合适的柔性铰链替换刚性运动副,依据KutzbachGrubler理论计算空间并联机构自由度,进而设计了一种三自由度柔顺并联机构微动平台。利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对柔性支链和微动平台进行位移和应力分析,并得到动平台输出端节点位移数据,验证了三自由度柔顺并联机构的运动精度满足设计要求。通过分析获得的参数为多自由度柔顺并联机构优化提供了参考,同时可为多自由度柔顺并联机构设计提供借鉴。     

并联式髋关节康复机构设计及分析

在分析人体髋关节的结构特点和运动机制的基础上,提出采用一种3-UPU空间并联结构来设计髋关节的康复机构。基于旋量理论,对该机构的自由度进行了计算,同时对该机构动平台的位置和速度进行了分析和计算。该并联机构具有3个转动自由度且满足转动轴线交于一点,可用于实现髋关节3个转动自由度的康复训练。该分析为下一步的机构奇异分析和运动空间分析打下了基础,同时为并联机构的研究提供了新的思路。     

含有纯约束分支的无耦合2T型并联机器人构型综合

为解决并联机器人强运动学耦合性问题,提出一种含有纯约束运动分支的无耦合二维移动(2T型)并联机器人的构型综合方法.此类并联机器人的分支运动链包括2种类型:向动平台提供驱动力的主动分支和仅提供约束的纯约束分支.首先基于机构输入-输出运动之间的数学模型和驱动力螺旋理论建立了机构主动分支的结构综合方法;然后根据分支运动特性和约束螺旋理论实现了纯约束运动分支的结构综合;最后按照各分支运动链的配置条件完成了并联机器人的构型综合,得到多种新型机构.对综合出的2种2-RURR/RRR和2-CPR/RPR并联机器人进行自由度和运动分析,基于其雅可比矩阵判断出机构均具有无耦合运动学特性,验证了所提出理论方法的正确性和有效性.     

基于共形几何代数的一种平面并联机构位置正解

以平面并联机构为题,应用5维几何代数（共形几何代数）方法对该平面并联机构进行了分析,建立了运动学正解模型,并编制了Maple的计算程序,求出了6组位姿结果,最后将分析结果与采用吴方法得到的分析结果进行对照,证明了该方法的有效性. 这对用统一的数学工具分析机构学,降低非线性度,增强几何直观性方面做了初步尝试.