基于单开链单元的2T-2R并联机构正运动学分析

提出了空间并联机构正运动学速度、加速度分析的一种新方法———序单开链(SOC)法。该方法依据机构的拓扑结构特征,采用相同的序单开链分解线路,建立了与机构位置分析模型相统一的机构速度、加速度分析模型,得到了维数恰等于机构耦合度的并联机构速度、加速度方程。以一种2T-2R并联机构为实例,给出了其速度、加速度分析。     

基于单开链单元的2T-2R并联机构位置正解

给出了一种2T-2R空间并联机构正运动学位置分析的新方法——序单开链法。该方法基于并联机构序单开链结构组成及耦合度算法原理，将机构分解为若干个有序单开链单元，又进一步划分为各基本运动链，计算出各基本运动链的耦合度。根据有序单开链单元之间的约束关系建立与机构拓扑结构相统一的机构位置分析数学模型，无需技巧性降维即可得到维数最少且恰等于机构耦合度的位置正解方程。通过一维搜索得到该机构位置正解的全部实数解。序单开链方法分析过程简明、物理意义明晰，且具有通用性。     

一种新型低耦合度半对称2T1R并联机构的拓扑设计及运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计了一种可实现两平移一转动(2T1R)输出运动的半对称并联机构,并对该机构的方位特征集、自由度、耦合度3个主要拓扑特征进行了分析计算,表明该机构的耦合度为1。然后,基于序单开链(Single Open Chain,SOC)的运动学建模原理,求解了机构的位置正解,导出位置机构反解解析式;进一步根据导出的位置反解公式分析了该机构的工作空间及其转动能力,研究了机构发生奇异的条件;并对机构的速度及其加速度进行了仿真分析。最后,对机构应用于脚踝按摩仪的原理进行了分析。     

一种单自由度3T1R并联机构的拓扑设计及其运动学

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和拓扑降耦设计方法，设计了一种新的少输入-多输出（Fi-Mo）型单自由度三平移一转动（3T1R）输出的并联机构，对其拓扑特性进行了分析，给出了该机构的方位特征集、自由度及耦合度κ；根据基于序单开链的运动学建模原理，给出了该机构的位置正解求解方法及其数值解；同时导出了其位置反解求解公式及机构的速度与加速度公式，并进行了速度与加速度的仿真。最后给出了该机构可用作并联振动筛的3D虚拟样机设计。研究结果为该类单自由度3T1R型并联振动筛机构的尺寸优化设计、样机研制打下了基础。     

含双驱动支链的2UPS-RPU并联机构加速度分析

首次采用建立海塞矩阵的Accelerator法进行了2UPS-RPU并联机构速度和加速度映射的推导。首先在串联运动链速度映射的基础上借助变分空间与力空间的对偶性质推导了并联机构的广义雅可比矩阵,并进行了各支链关节速率的求解;然后同样借助对偶性质并根据串联运动链末端刚体Accelerator的李括号形式推导了2UPS-RPU并联机构显式的海塞矩阵,并给出了各支链关节加速度的求解模型。最后给出了正向加速度分析的数值算例,为该并联机构的刚体动力学建模奠定了坚实的基础。     

一种低耦合2T2R并联机构的设计与分析

针对传统并联机构结构复杂、位置分析困难、强耦合、不易控制等问题,设计了一种新型低耦合2T2R并联机构。首先,基于方位特征集理论对该机构进行了运动特性分析;然后,为将运动学方程维数降到最小,运用序单开链理论对该机构进行了合理分解和位置建模;最后,结合具体实例进行了分析验证。结果表明,该机构自由度为4,其动平台可实现两平移和两转动;耦合程度较低,具有运动输入—输出部分解耦性;位置方程简单,可解析求解。     

基于序单开链的并联机构动力学响应模式方法

提出了一种基于序单开链动力学响应模式方法,可以调用动力学静力分析方程,建立结构学、运动学和动力学的统一模型。利用adams进行动力学性能仿真,通过仿真实例验证此方法可行性。该模式方法可以丰富序单开链理论,并易于实现程序化。     

基于序单开链法的空间4自由度并联机构位置正解

提出空间并联机构位置正解的一种新方法——序单开链(SOC)法。该方法依据机构的拓扑结构特征,将机构分解为若干个有序单开链单元,又进一步划分出各基本运动链。计算出机构的耦合度,并根据耦合度算法原理,按序单开链单元分解顺序建立与机构拓扑结构相统一的机构位置分析数学模型。无需技巧性降维即可得到维数最少恰等于机构耦合度的位置正解方程。当机构的耦合度为1时,可用一维搜索得到全部实数解。该方法分析过程简明、通用,且物理意义明晰。与消元法相比,没有繁杂的数学推导,且计算效率较高;与一般搜索法相比,具有可求出全部实数解的优点。以4自由度并联机构为实例,通过一维搜索得到其位置正解的全部实数解。     

闭链级联式机器人基于旋量理论的运动学分析方法

闭链级联式机器人由若干个平面四杆机构和空间杆机构串联而成,将这些杆机构中从基座到操作端最短的开链定义为主运动链,这样闭链级联式机器人的运动学分析就转化成了一个开链和若干个单闭链的运动学分析问题。主运动链的运动学分析采用指数积公式。主运动链的关节位置和速度信息可以由各个关节所在的单闭链的运动学分析得到。平面四杆机构和空间六杆机构的运动学分析可以通过建立闭链的结构方程来实现。最后综合主运动链和各个单闭链的运动学分析的结果即可得到主运动链关节空间与末端执行器位形空间的位置和速度映射关系,从而完成整个闭链级联式机器人的运动学分析。     

2PRS-2PSS并联机构的设计与运动学分析

设计出一种两移动两转动的四自由度2PRS-2PSS并联机构。以该机构的4条分支运动链的主动移动副轴线与静平台的夹角为变量。首先根据方位特征集理论分析了该并联机构的运动输出特性;再基于矢量法对其运动学进行分析,推导出机构的位置和姿态的正解、逆解,进而推导出其速度和加速度方程;然后基于机构雅可比矩阵的奇异性,详细讨论了机构可能存在的奇异位形;最后,通过算例仿真验证了理论分析的正确性。     

基于单开链单元的空间机构震动力完全平衡的单位向量法

提出了一种基于单开链单元的空间机构震动力完全平衡的单位向量法,按照序单开链的机构结构分解方法,机构可被分解为一组有序单开链。用在机构各构件上固接相互垂直的三单位向量表示单开链单元的质径积方程,再利用闭环向量方程和相邻构件某些单位向量的关系消去一些线性相关的单位向量,从而导出机构的震动力完全平衡条件。此方法不需进行坐标变换矩阵的运算,导出的平衡条件为标量形式,推导过程简单,文中给出了一个例子。     

一种位置正解符号化且运动部分解耦的新型2T1R并联机构动力学分析

三自由度并联机构具有结构简单、造价低、运动控制方便，以及刚度高、承载能力大等特点，目前在工业生产等设备中得到了广泛应用，而其中具有移动和转动混合运动的2T1R并联机构具有更高的研究价值。为了研发和推广2T1R并联机构，提出了一种零耦合度且运动部分解耦的空间2T1R并联机构。首先，对该机构的位置正反解进行了分析，并求解了各构件速度与输入速度之间的关系矩阵；然后，运用基于虚功原理的序单开链法，按照机构拓扑结构分解的顺序，分别建立了各子运动链(SKC)的动力学模型，从而得到了整个机构的逆向动力学模型；最后，对建立的动力学模型进行了算例研究，得到了机构的驱动力和2个SKC连接处的支反力，并将其与基于ADAMS的虚拟仿真结果进行了对比。研究结果表明：该2T1R并联机构具有部分运动解耦的优点，且通过仿真对比验证了所建立的逆向动力学模型的有效性和正确性，可为其结构设计和样机研制奠定基础。     

运动解耦和低耦合度选择顺应性装配机器手臂并联机构的设计及其运动分析

根据基于方位特征集方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计出一种运动解耦、低耦合度(κ=1)且具有较大转角的新型选择顺应性装配机器手臂并联机构(RPa3R)2R-2RSS,并对该机构进行拓扑特性分析。基于序单开链运动学建模原理,给出了该机构位置正解封闭解的代数法,同时导出机构位置反解,验证了位置正解的正确性。基于位置反解,对该机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。     

基于BKC的并联机构拓扑结构分析及其型综合方法

文中研究基于基本运动链(Basic Kinematic Chain,BKC)的并联机构的组成原理、拓扑结构分析及型综合方法。介绍基于序单开链的并联机构BKC的构成原理与方法,举例说明BKC的构成方法与步骤;对已有2~6 DOF并联机构拓扑结构进行分析,归纳设计出44种常用BKC类型,并总结出并联机构的BKC组成规律;通过举例,进一步综合出满足自由度要求的基于BKC的若干种并联机构,表明这种并联机构拓扑结构综合方法简易、实用。     

化妆品自动装盒机取盒-开盒机构的设计与仿真

通过对化妆品装盒机取盒-开盒机构的分析,研究了实现内摆线运动轨迹的行星轮式取盒-开盒机构。确定了两旋转中心距离和吸头半径等关键参数对取盒效率的影响,建立了数学模型,分析了机构运动的速度和加速度,利用Matlab软件对机构中的吸头的运动轨迹、位移、速度、加速度进行仿真并绘制出相应的曲线,为机构的优化提供理论依据。最终设计出能够实现高取盒效率的取盒机构。该机构有易于制造、运行平稳、结构紧凑等特点。     

伸缩臂叉装车工作装置运动学分析

伸缩臂叉装车工作装置是一种平面开链六杆机构,基于复数矢量法推导了该机构的位移、速度和加速度的解析解,根据Matlab算例计算结果分析了该机构的运动特性。随臂架转角的增大,摇杆角度近似线性的减小,而连杆角度逐渐增大;摇杆角速度和连杆角加速度与臂架转角呈开口较大的抛物线,当臂架转角等于40°时摇杆角速度负向最大,连杆角加速度最小;摇杆角加速度和连杆角速度随臂架转角的增大而增大;货叉的位移、速度和加速度均随臂架转角的增大而增大。用ADAMS软件仿真验证了该分析结果,可进一步用于该机构的动力学分析、优化设计和自动调平控制。     

机构速度和加速度分析统一模型的研究

研究了适应于任意机构的通用速度和加速度的分析模型 ,研究中采用了四个有特色的技术 :(1)基于齐次变换矩阵位移方程推导统一模型 ;(2 )在速度和加速度统一模型中使用了齐次矩阵的全部位置和姿态信息 ,这样既避免了有效方程的挑选 ,又简化了模型构造过程 ;(3)采用向量标记推导模型 ,简化了模型结构 ,同时描述了模型的构成 ;(4 )通过引入变量存在系数 ,使各个环路或构件路径的速度和加速度模型的结构形式完全一致和统一。这样 ,本文得到了统一的速度和加速度模型 ,这些模型适应于任意连杆机构 ;结构精练、标准 ;可以被自动构造 ,且构造效率高。本文为通用机构分析软件开发打下了基础。     

新型2-DOF高加速定位平台的动态性能研究

微电子封装业的迅速发展对封装设备中的运动定位平台的运行速度以及加速度的要求越来越高,研制新型高加速精密定位机构成为十分迫切的任务。针对这种需求,提出一种新型2-DOF平面并联定位机构,它由直线电机直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构来实现末端平台平面内的平动。采用Largrange方程建立了动力学模型,然后基于奇异值理论得到了机构的速度与加速度极值表达式,分析了平台在关节速度限制下的速度特性,以及在关节力矩限制下平台的加速能力。分析结果表明此定位平台运动最大速度最差可达0.8m/s;最大加速度最差可达12g,最好情况下可达14g。实验验证此定位平台具有高加速度的运动特性,可达上述速度与加速度指标。     

平面机构运动误差分析的序状态变量法及其自动生成

以有序单开链为基本结构单元，以单开链约束与机械结构网络约束为基础，提出了机构运动误差分析的序状态变量法。其数学模型与平面机构结构学、运动学及动力学模型相协调，使误差方程含未知变量数目最少，且便于计算机自动生成和误差综合建模，还编制了相应的通用软件ＫＥＡＰＬ。给出了二环、三环机构的典型算例。     

平面并联2-DOF机构运动的计算机模拟逼近法

提出了用计算机模拟逼近法分析平面2-DOF机构的运动,运用该方法进行了运动分析。先采用CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术,构造2-DOF机构的模拟机构。再用两个相同且彼此靠近的模拟机构,构造速度模拟机构,求解机构上确定点的速度和角速度。最后用两个相同且彼此靠近的速度模拟机构,构造加速度模拟机构,求解机构上确定点的加速度和角加速度。计算机模拟结果与解析法的结果比较表明,该方法具有简单、快捷、直观、求解精度高的优点,而且可以完成复杂机构的运动分析,为平面连杆机构运动分析提供了更有效的工具。