3-RSR/SP并联车载天线机构运动及力学特性分析

提出了一种新型3-RSR/SP并联式车载天线机构,基于螺旋理论分析机构自由度,发现在不同状态下机构自由度可变;建立机构的静力平衡方程和变形协调方程,并绘制不同工况下机构各构件所受力与机构位姿之间关系曲线;与3-RSR并联机构进行对比,所提出的机构驱动力矩较小,验证了其中间支链具有静力卸载作用。考虑车载天线的实际工况,通过拉格朗日方程法分别建立机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,并绘制与之相应的机构驱动力矩变化曲线,表明基座运动对驱动力矩影响较大。所提出的构型有助于拓宽并联机构在天线领域的应用,特性分析对后续样机研制具有一定参考价值。     

基于工作空间的混联式极化天线机构参数化设计及其力学分析

并联机构自身结构所限难以适应非圆极化天线相位不变的要求,在3-RSR(R为转动副,S为球面副)并联机构基础上串联可实现单转动的极化机构,提出混联式极化天线机构.分析建立并联机构与极化机构运动关系,以避免并联机构方位运动时天线反射面所出现的横滚现象;考虑并联机构杆件干涉及运动副限制,进行机构参数化设计以满足俯仰0～90°、方位0～360°工作空间需求;参照传统天线风载工况,提出并联机构天线风载施加方法,规划不同运行轨迹,借助ADAMS仿真获得天线所需驱动力矩.研究工作拓展了天线构型并为天线样机研制奠定了基础.     

3-RSR构型天线并联机构的结构设计与仿真分析

将3-RSR构型并联机构应用于天线领域,结合天线俯仰、方位运动的需求,以及3-RSR构型并联机构的特性进行结构设计。考虑天线受力工况,计算极限风力下天线的风载荷,并对所设计的3-RSR构型天线并联机构进行有限元仿真,绘制变形与应力云图。拟合受载变形前后的过渡件平面,计算天线的指向精度,进而对天线模态进行分析,得到前十二阶固有频率与振型。所做研究对少自由度天线并联机构的研制具有参考价值。     

球面并联式人形机器人髋关节机构运动学与仿生设计

从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机构自由度数目、性质及位置反解进行分析;采用遗传算法,以姿态工作空间最大化为目标对并联髋关节机构进行优化;结合人体髋关节实际结构特点,提出偏置输出方式,从而使得机构实际输出空间的形状和位置更加符合人体髋关节运动轨迹需求。研究内容为人形机器人髋关节仿生的理论研究和进一步的样机研制奠定了基础。     

6-PSS并联式空间对接调姿机构的研制

面向空间对接的需求,成功研制了一种6-PSS并联式调姿机构样机。针对该机构的结构特点,建立了三维模型;经运动学分析得到电机控制脉冲变量,并利用虚拟样机技术和物理样机实验进行了运动仿真;最后提出了工作展望。结果表明,调姿机构的位置输出能正确跟踪期望的轨迹,验证了结构设计的合理性和控制的有效性。     

一种钢带牵引并联机构的机械结构设计

通过对钢带牵引并联机构的理论分析,对其进行了运动方案和机械结构设计,设计出一个立面三自由度钢带牵引并联机构样机,并分析了机构运动精度的影响因素,通过实验验证机构的合理性,为半柔性冗余并联机构的研究奠定了基础.     

并联式涡轮冲压组合发动机模态转换试验方案研究

并联式涡轮冲压组合发动机原理样机由小型涡扇发动机与冲压发动机并联,共用进排气装置组成。本论文主要研究并联式涡轮冲压组合发动机的工作原理以及模态转换试验方案,通过高空模拟对其原理及方案进行验证。     

液压驱动缩放支链的并联式滚动机器人

提出一种新型三自由度并联式滚动机器人。该机器人以大变形、强力输出、快速响应和运动灵活为目标,构型上采用提出的新型并联机构为本体以保证机构整体刚度,设计上应用平面缩放支链作为伸缩比放大机构以获得大变形能力,驱动上利用液压执行元件作为伸缩驱动输入以增强滚动机器人运动的灵活性与力量输出。其翻滚运动是通过合理规划与控制机器人质心与支撑区域之间关系而实现。对该机器人构型进行描述,并规划其翻滚运动步态,给出最优运动规则;基于此运动规则建立其运动学模型,并以算例验证了模型正确性;结合运动过程步态规划进行两个翻滚周期运动可行性的理论分析;搭建一套试验系统平台,包括液压系统与试验样机系统,开展四个滚动步态试验;样机试验结果表明了试验样机系统是可靠的且具备快速响应能力,验证了翻滚运动理论分析的正确性以及翻滚运动过程的可行性。     

3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR(R为转动副,S为球面副)型并联机构作为车载天线构型,基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标,利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化,性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况,建立车载天线机构仿真模型,分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。     

2自由度高速并联机械手的有限元分析及优化设计

以一种2平动自由度的新型高速并联机械手为对象，分析机构的静、动态特性，并针对机构。向刚度较差的情况，对机构的结构进行改进，为样机机械结构的详细设计提供了理论依据。     

ADAMS在并联机构运动学分析中的应用

针对并联机构的运动学分析计算,以3-UPS/UP型并联机构为例,介绍了应用动力学仿真分析软件ADAMS对其进行运动学仿真的方法与步骤。采用三维CAD软件Inventor建立了几何模型,以Parasolid格式导入ADAMS环境,对几何模型施加约束与激励,建立了并联机构的虚拟样机模型。并对模型进行了逆向与正向运动学仿真,快速准确地求得了并联机构的运动学反解与正解,大大简化了计算过程,为并联机构的运动学分析及机构设计提供了借鉴。     

用于肩关节康复训练的单输入三转动输出并联机构及其运动学设计

根据人体肩关节的运动生理特点和康复机理,将三转动并联机构运用于人体球窝肩关节的康复训练,设计了一种单输入三转动输出并联式肩关节康复训练机构;通过分析该机构的拓扑结构特性,计算出了该机构的耦合度为零,因此,可以直接推导出其位置正逆解析解,而无需复杂的代数消元推导计算;在ADAMS环境下进行了运动仿真,仿真结果证实了设计的可行性;应用UGNX软件设计了该肩关节的康复训练虚拟样机,为实体样机的设计与研制提供了参考。     

3PSS并联机构的运动轨迹规划与仿真

在对3PSS并联机构进行结构分析的基础上，应用并联机构的逆向运动学分析理论，对3PSS并联机构的动平台的运动轨迹规划进行了分析研究。给出了3PSS并联机构的位移反解计算公式，由此确定了动平台按预期轨迹运动时应在原动件滑块上施加的运动规律。最后，采用虚拟样机技术，创建了3PSS并联机构的虚拟样机模型，通过虚拟样机仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

结构解耦6-PSS并联微操作平台的研究与开发

利用并联微操作机构的构型原理，提出了结构解耦6-PSS并联微操作平台新机构，描述了微操作平台的运动学模型、静刚度模型、一体化结构模型、几何误差模型和标定策略，研制了微操作平台样机，给出了其测试结果。研究表明，该并联微操作平台的结构解耦及一体化结构是成功开发的关键，为微操作平台机构构型和结构设计提供了新思路。     

2RPU-UPR并联机构在天线支撑中的应用

为了解决现有天线支撑机构不能同时满足高承载能力与大工作空间的要求,采用并联机构2RPU-UPR作为天线支撑机构,并对机构进行设计与实验。分析了并联机构2RPU-UPR的受力特征并建立了静力平衡方程。提出了最大承载能力与驱动分支运动范围两个优化指标,采用统一目标函数法建立两个指标的综合评价函数,对支撑机构关键尺度进行了优化设计,得到了一组机构性能优异的结构尺寸;研制了天线支撑机构实验样机,并进行了实验,实验结果表明：提出的天线支撑机构不仅能够承受大载荷,而且能满足横摇±90°、纵摇±90°的大工作空间需求,具有良好的应用前景。     

基于虚拟样机技术的并联机器人机构运动仿真

以先进制造中的机器人工作平台为应用背景,研究一种具有四个自由度的新型并联机器人机构。对这种机构的结构作了简要介绍,运用虚拟样机技术,在SolidWorks软件平台上构建该并联机器人机构模型。按照机构的结构几何尺寸,利用SolidWorks创建零件并进行虚拟样机装配,直接在运动仿真模块COSMOSMotion中,通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并对仿真结果进行分析。分析结果证明完全可以运用SolidWorks软件完成并联机构的虚拟样机三维实体建模和运动特性分析,为并联机构的实际样机的试制奠定了基础。     

并联混色3D打印机设计与研究

目前,并联臂结构的3D打印机普遍存在打印精度不佳、稳定性与可靠性差、调试与维护过程复杂等问题。针对熔融挤压堆积成型(FDM)并联3D打印机的基本结构,对并联式3D打印机的部分结构件进行了重新设计与建模,完成样机设计与实验。设计了一种支持双色混色、易于维护、高可靠性的并联3D打印机,并通过整体布局、机械结构以及打印喷头的优化进一步提高打印精度、打印稳定性以及可靠性。     

基于RPR/RP+2R+P的铝合金结构件加工机器人设计

新能源汽车是我国应对节能减排挑战的需要，发展前景巨大。针对新能源汽车车身主要采用铝合金材料，要求加工机床灵巧轻便，整体刚度适中，能够实现复杂曲面的精准成形等需求，提出一种基于RPR/RP平面并联的五自由度混联机器人构型。首先，建立RPR/RP+2R+P五自由度混联机器人基本构型，分析计算混联机器人的自由度，完成五自由度混联机器人的初始样机结构设计。其次，求解并联与混联构型位置的正反解以及速度雅可比。然后，求解五自由度混联机器人的位姿空间；以分支杆驱动力为优化指标，工作空间内机构运转不干涉为约束条件，采用Adams-Matlab联合仿真定量分析各结构参数对分支驱动力的影响，以线性回归算法进行数据拟合，完成初始样机的尺度优化。最后，以混联机器人整机及其关键构件的刚度为优化指标，采用有限元分析的探究方法对五自由度混联机器人初代样机实现递进式的结构调整，对整机进行模态分析以得到机器人振动特性。在满足刚度要求的前提下，采取少分支构型降低制造成本，加工过程可视，为针对轻薄结构件加工的混联机器人设计提供了新思路。     

四自由度混联天线机构运动特性分析

天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构,并对混联天线机构结构进行描述,利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质;用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿,建立混联天线机构运动学模型,得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵;通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹,通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。     

新型三平移解耦并联机构的综合

以螺旋理论为基础,提出并联机构移动自由度的实现条件,阐述了分支输入副的选择准则,确立了分支运动副的配置原则,进而形成了较为完整的移动解耦并联机构构型综合理论。根据所得综合理论,以工程实际任务要求为例,综合出三移动解耦并联机构的各分支,并选取其中三个分支组合得到一种具有全局各向同性的新移动解耦机型。针对新机构的自由度及位置正反解进行分析,以雅可比矩阵的条件数为目标进行了位形优化,并据此参数开展了样机研制。