地面移动Altmann连杆机构

提出Altmann连杆机构的一个新用途,将其用来作为地面移动机构,以翻跟斗步态实现沿直线的行走运动,并通过自身扭动与整体反转的步态实现转向运动。提出地面移动Altmann连杆机构的设计概念和构型方案。分析地面移动Altmann连杆机构的移动原理,包括利用奇异位形来实现机构的转向运动。规划出直行和转向两种移动步态。分析两种步态的移动轨迹,并计算两种移动步态的关键参数。研究结果表明,通过对直行和转向两种步态的切换控制,可以使Altmann地面移动连杆机构以固定的步长,从平面上一个初始点移动到另一个目标点。该地面移动连杆机构基于空间单闭链六杆机构,结构简单,刚度好,同时具有良好的折叠特性,便于存储和运输。     

4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化

为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和"全姿态"滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。     

空间RSSR机构向球面4R机构的转化

根据空间RSSR机构建立机构运动的数学模型,推导出空间RSSR机构的位移方程。同时分析空间RSSR机构转化为球面4R机构的必要条件,并从理论上证明通过对机构设计参数的特殊选取,空间RSSR机构可以转化为轴线相交一点的球面4R机构,然后推导出空间RSSR机构为主动曲柄件时,空间RSSR机构转化为4R机构的各个设计参数应满足的条件,为实际工程应用提供理论依据。根据空间RSSR机构转化为球面4R机构的方法,通过理论计算和试验仿真分析,设计出适应高速剑杆织机的空间引纬机构。以高速剑杆织机的空间引纬机构设计为实例,对以空间4R机构代替空间RSSR机构的设计方法进行验证,验证结果显示,该方法设计的球面4R机构能够满足空间RSSR机构的运动规律要求,并具有更好的运动性能以及可加工性与可装配性。从结构、工艺、维护以及运动学与动力学性能等方面比较空间RSSR机构和球面4R机构的性能与特点,结果显示了使用球面4R机构代替空间RSSR机构的优越性,并为将来空间复杂驱动机构的设计提供了参考。     

基于单环运动链的多模式移动机构型综合

针对移动机构多运动模式的功能需求,提出基于单环运动链的设计方案。首先,根据单环自由度公式,确定满足闭环且能活动的条件,并分析得到单环运动链的约束螺旋系阶数、杆件数目、运动副数目、自由度之间的组合关系;其次,以螺旋理论为基础,运用虚功原理得到满足不同约束螺旋系阶数下的各种运动副轴线存在的几何条件,以R副、P副为设计单元,群举出所有可能的不同自由度下的单环运动链组合方式,再以所构造的单环运动链作为本体或分支,从而构造出一类多模式移动机构;最后,给出多模式移动机构的构型综合的步骤及部分设计案例,验证了提出的设计理论和设计方法的可行性和实用性。     

多模式机构研究进展

多模式机构作为可重构机构的一个重要分支具备运动模式转换时间短、所需驱动器少等优点,在各个领域都极具应用前景。经过20年的发展,虽然涌现出一系列多模式机构的设计、分析方法,但是多模式机构的研究仍面临诸多挑战。根据不同运动模式下的几何、结构特征,概括并详述了多模式机构利用关节轴线、杆件和多模式单元进行运动模式切换的三种形式;从方法和技术的角度,综述了多模式机构在构型设计、运动模式分析以及应用方面的国内外研究现状,并对多模式机构面临的挑战与发展趋势进行了展望。     

一种多模式移动并联机构的运动学分析及优化

提出一种新型的多模式移动并联机构,以平面单环闭链为单元,设计一种结构对称、两电机控制的多模式移动并联机构,通过改变两电机输入角的大小,可实现机构的直线滑行、转向滑行、整体滚动等多运动模式的自动切换。在简述机构结构原理的基础上,分别对各运动模式下的自由度、运动学进行分析,并对机构的稳定性和杆长进行优化。最后对机构进行仿真及样机试验,验证了该机构的理论正确性,从而提高其在移动机构中应用的可行性。     

具有2R1T和3R运动模式的并联机构综合

使用位移流形理论综合了具有2R1T与3R两种运动模式的并联机构。选取了一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,这种并联机构具有2R1T与3R两种运动模式。这种机构在两种运动模式的一般位形下,使用2个移动驱动副和1个转动驱动副实现对机构的控制。这种机构在两种运动模式的变换位形下,机构处于奇异位形,机构的自由度增加为4。支链2中配置1个辅助移动驱动副,支链2中的转动驱动副和辅助移动驱动副在机构运动模式变换时工作,实现并联机构在2R1T与3R两种运动模式之间变换。     

空间双层过约束可展机构的设计与分析

折展机构以其优越的折展性能,广泛应用于航空航天以及建筑等领域。以基于等边Bennett机构拓展得到的6R机构与三重对称Bricard机构巧妙结合,得到了一种可折展的环状机构,建立了多种过约束机构的几何模型并改进了环状机构的理论模型。利用D-H参数法对改进组合机构进行了运动学分析,得到其运动特性。以可折展环状机构为基本组网单元搭建了大尺度单层空间折展机构;以拓展6R机构衍生的7R机构结合Sarrus机构设计了可折展的连接单元,与单层折展机构复合构建空间双层可展机构,并提出了空间多层折展机构的可能性。     

多自由度空间机构模块化关节研究

针对常规空间机器人及多自由度空间机构设计方法的不足,采用模块化设计思想,设计出集电机驱动、减速和传感等功能于一体的多自由度空间机构模块化关节,满足空间机构的轻质化、小型化、维护性及空间环境适应性设计要求。     

一种新型混料机中传动机构的运动分析

本文介绍了一种进口混料机中采用的新颖传动机构,即特殊空间6R机构与四杆机构的组合;对机构参数及运动输出作了分析计算。     

空间单环RPSC机构的运动和奇异分析

单环机构又称单闭链机构,这类机构运动巧妙,在诸多领域有着广泛应用。另外,在工程实际中还常常在开链机构中加入局部闭链以改善动力学性能,增加结构刚度等。介绍一种能够实现垂直Darboux运动(Vertical Darboux motion,VDM)的空间单环RPSC机构,运用螺旋理论对其约束及运动性质进行分析。通过对锁住其驱动关节后的等价机构进行约束分析,确定了该机构的一类特殊驱动奇异,并借助相对直观的几何方法对RPSC机构中存在的这种奇异位形做进一步解释与说明。对机构中RPS分支的主要特点进行概括,并由特殊到一般地提出了一类具有相似特性的单环机构。     

Inverse Kinematics Analysis of General 6R Serial Robot Mechanism Based on Groebner Base

This study presents a solution for the inverse kinematics problem in serial 6R manipulator. Using only seven equations—composed of Duffy’s four kinematical equations containing three angles and three corresponding angles’ identical equations—instead of the traditional 14 equations, the authors reduced the inverse kinematics problem in the general 6R manipulator to a univariate polynomial with a minimum degree based on the Groebner Base method. From that, they concluded that the maximum number of the solutions is 16, generally. Also, the mathematics mechanization method can be extended to solve other mechanism problems involving nonlinear equations symbolically. Translated from Journal of Shanhai Jiaotong University, 2004, 38(6) (in Chinese)     

单闭链全R副多模式全向地面移动机器人

为解决移动机器人运动过程中因翻倒、失稳而失去运动能力的问题,提出一种具有可变形结构的多模式全向地面移动机器人.以单环全R闭链为单元,通过分时控制其转动副可实现三方向几何变形,使两闭链正交形成的4-RRRRRR并联移动机器人具有四种不同滚动模式,且各模式可相互切换,机器人运动过程中一旦翻倒、失稳,可变形为其他模式继续移动...     

多模式两轮移动机器人的设计与运动分析

提出一种具有可变形车身的多模式两轮移动机器人。以平面6R单环闭链连杆机构为车身,通过控制其变形运动,使机器人具有折展模式和三种移动模式。在折展模式下,折叠状态时用于储运和携带,展开状态时启动工作模式。在两轮移动模式下,车身变形形成车尾支撑实现稳定移动,通过调整轮距和车尾长度以增强其地面适应性。在攀爬越障模式下,通过车身变形至类爪状以增强对障碍物的攀附作用,实现台阶越障。在类履滚动模式下,通过杆件在地面交替铺展支撑以增加与地面接触面,实现在不平整或松软路面上的滚动。对所设计构型进行自由度分析和驱动配置。建立运动学模型,分析机器人运动参数并对其进行步态规划。建立动力学仿真模型,验证预设步态合理性。研制一台样机,对其折展模式和三种移动模式进行可行性验证。     

空间6R串联机械手逆运动学分析的新方法研究

为了解决空间6R串联机械手的逆运动学问题使用矩阵方法建模时,需要进行矢量运算或投影运算的问题,基于四维旋转矩阵和倍矩阵,提出了一种建模新方法。根据三维空间刚体变换的四维旋转矩阵和倍矩阵表示,建立空间6R串联机械手的正运动学方程。通过变量分离,直接得到14个逆运动学基本约束方程;通过线性消元和Sylvester结式消元,将其转化为求解一个16阶矩阵的特征值问题,得到该问题的16组解。采用数值实例和SolidWorks仿真验证了新方法的正确性。新方法的优势在于可以直接得到14个逆运动学约束方程,不需要进行矢量运算或者投影等,并且由于新方法将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换,故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。     

空间6R机器人位置反解的对偶四元数法

将对偶四元数的复指数形式引入到串联机械手位置逆解分析中,提出一种空间6R串联机械手位置逆解的新算法。采用复指数形式的四元数以及对偶四元数建立空间6R串联机械手位置逆解的封闭方程。通过对获得的四个位置约束方程构造Dixon结式,得到一个6×6的行列式等于零的矩阵,去掉其中相关的公因式,导出既无增根也无漏根的一元16次方程。通过实际计算,得出该机器人位置反解一元高次方程的次数为16且最多只有16组解的结论。通过一种串联机械手逆运动学分析为例进行求解验证,数字实例证明了该方法既无增根也无漏根。这种方法可达到在消元过程中自动消除机构结构参数变化或者轨迹规划过程中某些奇异位置造成的方程相关性,避免增根的产生。     

Biped 4R2C six-bar mechanism with inner and outer feet

Most current biped robots are equipped with two feet arranged in the right and left which inspired by the human body system. Different from the existing configurations, a novel biped robot with inner and outer feet based on a spatial six-bar 4R2C(R and C denote revolute and cylindric joints, respectively) mechanism is proposed. It can move along a line or a curve by three walking modes that are dwell adjustment mode, limit position adjustment mode and any position adjustment mode. Kinematic, gait planning and stability analyses are performed respectively, and a prototype is developed. Lastly, a potential application is considered and two manipulating modes(sphere and cylinder manipulating modes) are carried out. This interesting mechanism feathering its single closed-chain structure and unique work performance is expected to motivate the configuration creation of biped robots.