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。     

基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究

建立机构拓扑结构复杂性和位置正解求解难易性的关系,提出按机构耦合度k大小来分类求解并联机构位置正解全部实数解的数值法,可使正解问题求解容易,具体内容包括：对39种不同构型的6-SPS并联机构,按6种基本机型、33种衍生机型的拓扑结构及其耦合度值分为k=0、1、2、3四类,分析得到了动平台边数、支链类型影响耦合度k值大小的规律。对不同k值的并联机构的位置正解求解指明明确的求解方向,即：对k=0的机构可容易地直接求解其解析正解;对k>0的机构,通过虚设k个SPS型支链,使之转化为k=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立k个仅含一个变量的杆长相容性方程,再采用k维搜索法求出实数解。以六自由度球面Stewart机构为例,给出了求解耦合度k=1的任意6-DOF SPS并联机构位置正解全部实数解一维搜索法的具体步骤。这种基于拓扑结构分析的6-SPS并联机构位置正解求解的数值法,求解原理简单,计算量小,且具有一般意义。     

基于序单开链法的4自由度并联机构位置正解

序单开链(soc)法的特点,使运动学方程组的维数降到最低,对于大多数实用并联机器人机构,可降到一维.故借助于一维搜索法可得到该类机器人机构位置正解的所有实数解;与同伦连续法相比,计算效率较高;与代数解析法相比,显著减少了公式导出的繁琐与困难.     

一种新型空间三自由度并联机构及其位置正解

提出了一种新型空间三自由度并联机构,该机构由动平台、静平台和三条支路组成,其中一支路为PRR,另两支路为UPS结构,其优点是结构简单、耦合度低.运用序单开链法建立了该机构的一维位置相容性方程,通过一维搜索求得位置正解的所有实数解,数值实例对其进行了验证.     

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。     

一种非全对称低耦合度三平移一转动并联机构的设计及其运动学

提出一种非全对称的三平移一转动（3T1R）的并联机构,并对其进行拓扑特性分析,发现其耦合度κ较大(κ=2),这表明其位置正解求解复杂。为此,对该机构进行拓扑结构降耦设计,得到一种低耦合度（κ=1）但基本功能(动平台输出方位特征和自由度)不变的降耦机构;然后,根据基于序单开链的机构运动学建模原理,给出了该降耦机构位置正解的一维搜索求解算法及其数值解;通过导出的位置反解公式,对该降耦机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。该降耦机构结构简单、制造容易、工作空间大、转动能力强。     

基于耦合度分析的6-SPS并联机构位置正解的计算机自动生成

阐述了基于耦合度分析的并联机构位置正解求解的原理,对6-SPS并联机构及其衍生机型进行拓扑结构分析,得到它们的耦合度κ分别为0、1、2、3;给出了κ=0的机构位置正解的解析计算公式,以及κ≥1的机构位置正解求解的算法,即通过虚设κ个SPS型支链,使之转化为κ=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立κ个仅含一个变量的相容性方程,再采用κ维搜索法求出实数解,从而实现了6-SPS并联机构位置正解求解过程的计算机自动生成;最后给出3个算例,予以验证。     

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。     

2UPS-2RPS机构正运动学分析的序单开链法

基于序单开链法对具有不同支路结构的2UPS-2RPS少自由度并联机构进行了正运动学速度和加速度分析。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和加速度分析模型,得到了维数最低且恰等于机构耦合度的机构速度和加速度方程,给出了其速度和加速度分析的数值算例。     

球面并联机构的结构降耦及其位置正解求解

基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析,通过动平台二球副重合的方法,使之结构降耦演变为0耦合度球面机构,并得到其位置正解的解析解;而对于k=1的一般结构的S+3-SPS,虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构,再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程,并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法,易于实现计算机自动生成,并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。     

并联机构的结构降耦原理及其设计方法*

机构学的难题之一是寻找机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的映射规律。前期研究表明,降低机构的结构耦合度可直接降低机构运动学、动力学求解的难度,这揭示了机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的关系之一,因此,如何降低机构的结构耦合度已成为机构拓扑结构优化的重要内容,但目前国内外研究很少。研究并联机构的结构降耦原理、设计方法及其应用。定义并联机构结构降耦的概念,澄清并揭示机构结构降耦与机构运动解耦之间的内在区别与联系。从并联机构支链本身的拓扑结构以及支链在动/静平台之间布置的拓扑结构两方面,提出保持并联机构自由度和方位特征不变而降低机构耦合度的两个结构降耦原理,据此,进一步提出了基于设计混合支链的、基于运动副复合的、基于方位特征支链主动化的三种结构降耦设计方法,并分别给出设计例子,得到相应的自由度和方位特征保持不变但耦合度降低的新机构,为其应用研究提供了优选机型。提出的机构结构降耦原理与设计方法,适用于所有的复杂平面和空间平面。     

分形维数计算的流水线优化方法研究

分形维数计算具有计算复杂度高、计算时间长等特点,严重影响计算的实时性。针对此问题,在充分分析分形维数计算内在特性的基础上,利用分形维数具有流水线计算的特点,提出了一种计算分形维数的流水线体系结构,可有效提高分形维数计算的实时性。由于嵌入式并行处理硬件平台资源有限,对分形维数计算实时性进行优化的同时还需要考虑资源消耗的优化。通过对不同级数流水线运行时间和资源消耗的分析,建立基于运行时间与资源消耗的优化目标函数,从而得到运行时间与资源消耗最优的流水线结构。并与已有的计算分形维数的并行算法进行对比分析,实验结果表明,本文提出的优化方法在提高计算实时性的同时有效降低了资源消耗,实现了运行时间与资源消耗的优化。     

基于单开链有序求解的机构正向运动学建模原理及其两种求解方法

提出了一种基于单开链有序求解的机构正向运动学建模原理。将机构分解为一系列具有不同约束度值的单开链单元,再根据约束度总和为零的原则,将一系列单开链单元划分为若干个自由度为零、耦合度为κ_i的基本运动链（BKC_i）,逐一按BKC_i建立含最少虚拟变量数目的机构位置方程;给出了具体的数值法和封闭法两种方法。由于数值法较简单,故用κ维搜索法直接求解机构位置方程;封闭法求解时先用Mathematica进行符号处理,从含变量数为κ的机构位置方程中导出一个一元高次的非线性位置正解封闭方程,再求解该一元高次方程。分别给出4个实例予以详细说明与验证。所提原理及求解方法思路清晰,可使机构正向位置方程中的变量和计算量大大减少,适用于求解任意复杂平面机构、空间并联机构的位置正解。     

一种新型弱耦合三平移并联机器人机构及其运动学分析

提出一种弱耦合2RRPaR+PPaP三平移操作机器人机构,分析了机构的自由度及拓扑结构特征;推导了机构的正逆解方程以及速度、加速度模型,根据速度雅可比矩阵,分析了机构的奇异位置;根据机构的逆解方程和主要约束,采用三维极坐标边界搜索法绘制了机构的工作空间三维实体图和截面图;由ADAMS三维模型仿真和运动正解方程计算所得的位移、速度、加速度曲线基本一致,验证了运动方程的正确性。该机构解耦性好、结构简单、运动灵活,在纵向移动方向上具有部分解耦和工作空间大的优点,适合用作生产线自动操作手机构。     

一种新型变几何桁架机器人机构的运动分析

对由三个四面体和一个八面体并联组成的新型变几何桁架机器人机构 ,进行了结构分析和位置分析 ,并利用导出法推导出机器人手部的速度显式解析解。结果表明 ,这种机构在机器人运动学分析中具有计算简单、计算精度高的特点 ,能够满足机器人实时控制的需要     

三平移非对称解耦并联机构及其运动学分析

基于并联拓扑机构组成原理,总结了机构解耦特性分析的步骤,对一种三平移非对称并联机构及其运动学进行了分析。通过选择适当的主动副,在保证机构具有良好耦合特性的基础上,此并联机构位置正解、逆解求解简单,非期望输出为常量。由于结构简单、位置正解数目少、实时性好,而且简化了机构的控制与轨迹规划问题,为小型非对称并联机器人提供了新实用机型。     

Type Synthesis of 1T2R Parallel Mechanisms Using Structure Coupling-Reducing Method

Direct kinematics with analytic solutions is critical to the real-time control of parallel mechanisms.Therefore,the type synthesis of a mechanism having explicit form of forward kinematics has become a topic of interest.Based on this purpose,this paper deals with the type synthesis of 1T2R parallel mechanisms by investigating the topological structure coupling-reducing of the 3UPSUP parallel mechanism.With the aid of the theory of mechanism topology,the analysis of the topological characteristics of the 3UPSUP parallel mechanism is presented,which shows that there are highly coupled motions and constraints amongst the limbs of the mechanism.Three methods for structure coupling-reducing of the 3UPSUP parallel mechanism are proposed,resulting in eight new types of 1T2R parallel mechanisms with one or zero coupling degree.One obtained parallel mechanism is taken as an example to demonstrate that a mechanism with zero coupling degree has an explicit form for forward kinematics.The process of type synthesis is in the order of permutation and combination;therefore,there are no omissions.This method is also appli cable to other configurations,and novel topological structures having simple forward kinematics can be obtained from an original mechanism via this method.