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。     

少自由度变胞并联机构综合设计方法

为实现可重组并联机构的创新设计,提出基于基本支链构型的变胞并联机构设计方法.该方法从少自由度并联机构动平台所受的约束出发,运用螺旋理论中相逆螺旋的性质,构造约束螺旋为力或力偶的两类基本支链,并根据基本支链构型的特点构造变胞支链,实现并联机构的变胞设计.对构型相似的线矢力和力偶基本支链进行融合得到变胞支链,通过锁住不同运动副的方式实现变胞支链在两类基本支链之间转化,构造出动平台约束性质可变的变胞并联机构;根据基本支链约束螺旋的方向特点,通过改变运动副轴线方向的方式实现支链约束螺旋方向的改变,进而构造出动平台约束方向可变的变胞并联机构.用所提出的变胞并联机构设计方法,结合Bricard机构的单自由度运动特性,实现动平台为Bricard机构的变胞并联机构的构造.基于基本支链构型进行变胞并联机构构型设计,根据动平台的约束对变胞支链进行组合和变型,实现变胞并联机构的综合,为机构创新设计奠定基础.     

解耦三转动两平移并联机器人机构型综合

为了研究并联机构的运动耦合问题,基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出了三转动两平移(3R2T)类解耦并联机构构型综合方法。首先根据期望3R2T解耦并联机构的运动特征(绕X、Y、Z轴方向的转动和沿X、Y轴方向的移动)和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;最后根据并联机构构型原理依次取出五条支链连接动平台和定平台得到并联机构。综合的并联机构具有解耦特性,避免了运动耦合问题,具有一定的应用前景。     

基于独立运动分流标记法的多环耦合机构自由度分析方法

基于运动分流法,提出一种改进的多环耦合机构的自由度分析方法,可将复杂的多环耦合机构拆分成多个运动独立的链.应用螺旋理论分析独立运动链所含耦合节点相对于机架的独立运动,并用广义运动副等效代替,整个机构就可以等效为一个并联机构.通过分析等效并联机构的运动和约束螺旋系,即可确定多环耦合机构动平台的自由度数目和性质.将提出的方法应用于一种Hoberman Switch-Pitch魔球机构的自由度分析,验证了该方法的有效性及简单性.     

2转动高精度重载并联机构构型综合

采用一种基于支链分析法的并联机构构型综合方法,综合出了具有解耦特性的2转动并联机构。首先,对2转动并联机构的结构特点进行分析,得到2转动并联机构的最简结构形式,并基于空间无约束的Kutzbach-Grübler公式对各支链的自由度组合方式进行分类,得到所有支链组合形式。其次,提出了一种并联机构初步筛选原则,并考虑球副、万向副的加工难度和成本对并联机构进行优选。最后,由于优选出的2转动并联机构存在局部自由度,对具有局部自由度的并联机构支链进行降自由度处理,得到6种解耦性好、承载能力高、精度高、结构简单的2转动并联机构。采用螺旋理论对U-RPU-UPS并联机构进行自由度分析,建立了逆运动学模型,并进行了验证。结果表明,所构建的并联机构可以实现2转动自由度的运动,并且具有很好的运动解耦特性。所综合出的2转动并联机构弥补了现有机构的不足,可作为光伏跟踪尤其是聚光光伏跟踪机构。     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解

考虑到串联结构的六自由度位姿仪在对被测物体进行位姿综合测量时存在的误差累积，影响测量精度，提出并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端来实现被测物体六个自由度的综合测量。通过机构综合来克服并联机构正解困难，经推导得出被测物体姿态的显式解，从而缩短了计算时间，大大提高了测量效率。测量精度分析为三自由度并联结构姿态测量机构设计奠定了基础。     

可重组模块化串/并联机构教具的设计

设计并加工了一套可重组模块化的串/并联机构教具。该教具由一套模块组成,包括可变运动副支座、运动副球体、运动副圆柱体、静平台、动平台及不同直径的杆件等。基于上述模块可搭建出移动副、转动副、万向铰链、球副等串/并联机构的基本运动环节模型,在这些基本环节的基础上,还可以搭建出串联机械臂、3-6自由度并联机床以及多轴联动并联机床机构的模型,并可实现基于上述机构模型的数控机床运动及加工过程的模拟演示。     

新型三自由度混合冗余驱动机构运动学研究

在混合驱动理论和冗余驱动理论的基础上,提出新型的3-PSS-6R3自由度混合冗余驱动机器人机构.该机构能够实现二维平移和一维转动,由4条支链构成,其中3条为PSS(移动副-球面副-球面副)结构,对称分布于定、动平台中心,对机构的运动不产生约束;1条支链由平面混合驱动的五杆机构串联一个空间连杆组成,此支链同时对整个机构的运动产生约束.建立了该机构的位置逆解模型,在此基础上,运用数值方法对机构的运动学进行了验证.本文的研究结论为混合驱动机构向空间发展提供理论依据.     

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.     

Dynamic modeling and analysis of 3-RRS parallel manipulator with flexible links

The dynamic modeling and solution of the 3-(R)RS spatial parallel manipulators with flexible links were investigated. Firstly, a new model of spatial flexible beam element was proposed, and the dynamic equations of elements and branches of the parallel manipulator were derived. Secondly, according to the kinematic coupling relationship between the moving platform and flexible links, the kinematic constraints of the flexible parallel manipulator were proposed. Thirdly, using the kinematic constraint equations and dynamic model of the moving platform, the overall system dynamic equations of the parallel manipulator were obtained by assembling the dynamic equations of branches. Furthermore, a few commonly used effective solutions of second-order differential equation system with variable coefficients were discussed. Newmark numerical method was used to solve the dynamic equations of the flexible parallel manipulator. Finally, the dynamic responses of the moving platform and driving torques of the 3-RRS parallel mechanism with flexible links were analyzed through numerical simulation. The results provide important information for analysis of dynamic performance, dynamics optimization design, dynamic simulation and control of the 3-RRS flexible parallel manipulator.     

完全各向同性解耦2T2R型并联机器人构型综合

为得到完全各向同性解耦并联机器人构型,基于GF集理论提出一种简单而有效的构型综合方法.阐述GF集的基本概念、运算法则以及转动特征存在条件;给出机构输入运动副选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动各向同性及解耦性;根据该构型综合原理,完成2T2R四自由度完全各向同性解耦并联机构型综合,得到大量新构型;针对所综合的一种新型并联解耦机构,基于螺旋理论求得该机构运动输出,通过求解到的雅克比矩阵,验证该机构的完全各向同性,证明了该构型方法的有效性.     

Displacement manifold method for type synthesis of lower-mobility parallel mechanisms

Compared with the general 6-DOF (degrees of freedom) PM (parallel mechanism),lower-mobility PMs have advantages of simple structure, low cost in design, manufac-turing and control. Inventions of new architectures not only mean breakthrough in theorybut also help protect independent intellectual properties. Consequently, the potentialbusiness value and application can be obtianed. The success of the DELTA robot is sucha typical example1). Particularly the symmetrical lower-mobility PM, wh…     

平面机构运动分析的变换原动件法

本文依据阿苏尔杆组理论及运动迭加原理,提出了一种新的高级机构运动分析方法——变换原动件法.这种方法通过原动件的变换使高级机构运动分析问题转化为Ⅱ级机构运动分析问题,从而使高级机构运动分析问题得到简化,为高级机构运动分析开辟了一条新的道路.     

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。