对称超冗余驱动6RPS并联机构运动性能分析与优化

提出了一种全对称两转一移三自由度超冗余驱动6RPS并联机构,采用螺旋理论对该机构自由度进行了分析,建立了机构运动学反解并进行了仿真验证,结合局域指标与全域指标分析了机构运动/力传递性能,采用性能图谱与无量纲化结构参数对机构传递性能进行了优化,获取了机构6RPS的最优结构尺度与最优传递性能分布,研究了最优结构尺度下机构的全部优质姿态空间,并采用雅可比矩阵与运动/力传递性能分析了机构的运动奇异性。研究成果对于两转一移类并联机构研究与应用,提供了一定的理论基础。     

新型线驱动超冗余自由度机器人的设计及分析

超冗余自由度机器人采用远程线驱动方式与电机置于关节处(内)的直接驱动方式相比具有成本低、体积小等优点。提出一种新的远程线驱动结构方案,其特点是拮抗线对末端连接点位于关节(虎克铰)转轴的延长线上,拮抗线对的伸缩量近似相等,基于此特点,提出了采用单个电机驱动的设计方案,这样可使所需电机数减半,降低机器人成本。详细给出了结构方案、线绳伸缩量公式,并通过多组结构参数进行了验证设计方案的可行性。     

新型5自由度冗余混联机床的机构设计及运动学分析

提出了1种由3自由度冗余驱动并联机构4-UPS/PU,串联上二自由度X-Y运动平台来共同实现五自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现的3T2R运动原理,计算出该机构的自由度;利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。运用影响系数法建立了1阶运动影响系数矩阵-Jacobian矩阵,最后通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性。     

新型混联腹腔镜手术机器人的运动学建模与优化

提出一种专为腹腔镜手术设计的新型混联手术机器人。该机器人由两个解耦并联机构混联而成,机器人可为手术器械提供多自由度操作空间。先用叠加法对混联机器人进行整体运动学建模,提出了基于腹腔镜手术特征的机器人术中运动规划并简化了机构输入量,利用手术器械的"杠杆"映射原理求得其末端操作点的速度雅克比矩阵,又根据雅克比条件数给出了机器人在术前定位时的最佳初始位形,建立并使用"灵巧度-体积"综合因素指标对器械操作点的工作空间进行优化。结果表明:在优化后工作空间中机器人不但具有良好的运动灵巧度,同时工作空间大小也能满足微创手术操作的要求。     

冗余驱动的并联机器人性能分析

提出了带冗余驱动器的三腿并联机器人的两种结构，介绍了它们的性能特点，基于动力学方程分析了它们对于不同的优化目标和不同的约束条件的输入力最优化问题．结果表明，冗余驱动可显著提高机器人的力传递能力。     

考虑工作空间与力传递效率的新型五自由度混联机器人设计与分析

提出了一款构型为R(2RPR)R/SP+RR的新型五自由度混联机器人,对其性能进行分析,并依据工作空间与力传递效率性能指标进行尺寸优化,获得了关键设计尺寸;在此基础上,进行混联机器人本体结构设计与刚度分析,并与其他同类典型机器人刚度进行了对比;最后分析了混联机器人工作空间,提出一种工作空间搜索方法,分析了机器人在不同布局情况下工作空间是否满足预期。     

一种新型四自由度混联机器人的设计与分析

通过对机器人串并联结构的分析,设计了一种新型的四自由度混联机器人,克服了同类机器人腕部俯仰电机不容易被安放在机架上的困难。将控制电机都设计在机架上,大小臂电机不同轴,腕部俯仰电机与大臂电机同轴,通过一种双平行四边形机构实现腕部俯仰动作,结构简单、俯仰角容易控制,俯仰运动不受大小臂运动的影响而发生牵连运动。腕部俯仰驱动的传动件为连杆,与大小臂以并联的形式进行连接,对机器人模型进行静力学分析,分析结果表明这种腕部俯仰机构能够提高机械臂的抗弯刚度。     

一种新型五自由度混联机器人动力学建模与性能评价

研究一种新型五自由度混联机器人动力学建模和性能评价方法。该混联机器人的主机构为由一条串接一转动副的1T1R(T：平动,R：转动)平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成的1T2R三自由度并联机构。建立该机器人位置逆解、速度、加速度及其动力学模型,并通过Solidworks motion验证动力学模型的正确性。在此基础上,计及末端转头加减速运动对并联机构驱动关节驱动力的影响,并考虑到此类机构切向和法向运动的差异,基于矩阵奇异值理论分别提出该机器人并联机构切向和法向加减速特性评价指标,揭示关键尺度和结构参数对加减速特性影响规律,为机器人的集成优化设计提供参考依据。最后,通过比对分析验证所提出的新型五自由度混联机器人具有与著名Tricept机器人和Trimule机器人相似的加减速特性。     

冗余驱动4-PRP+3-UPS&PU混联机床静刚度分析

提出一种6自由度4-PRP+3-UPSPU冗余驱动混联机床,并对该机床进行静力学及静刚度方面的研究。首先,基于力雅可比矩阵对该机床进行静力学分析,列出静力平衡方程,求解出外力负载与驱动力和支链约束力之间的映射矩阵;其次,分析各驱动分支和约束分支提供的约束力螺旋,计算出各分支在约束力螺旋作用下产生的弹性变形;最后,建立机构刚度模型,对各分支的弹性变形进行叠加,求解出机构的整体柔度矩阵和刚度矩阵。结合数值算例,应用MATLAB进行编程计算得到各驱动分支及动平台的弹性变形随驱动位移的变化曲线。     

平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动及灵巧性分析

研究一种平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动学求解，同时探讨了该并联机器人机构的工作空间，并绘制了工作空间的各种形状，在此基础上分析了该并联机器人机构的灵巧性，利用特例在其工作空间内绘制了灵巧性性能图谱，这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据。     

新型3T2R冗余驱动混联机构动力学分析

以一种新型3T2R冗余驱动混联机构为研究对象,采用Lagrange方程法建立了基于工作空间的动力学模型。首先,基于影响系数法建立机构动平台输出速度与各构件运动速度的映射矩阵;然后,基于各构件的速度和位置确定系统的Lagrange方程,完成动力学建模;随后,借助最小2范数法实现机构工作空间的非约束等效广义力到轴向驱动力的优化;最后,基于动力学模型分析机构驱动冗余与非冗余对机构性能的影响。得出冗余驱动时驱动力峰值可降低约44%,且驱动性能显著改善。     

平面冗余驱动并联机器人的性能分析与尺度综合

建立了平面2自由度冗余驱动并联机器人的Hessian矩阵,将Hessian矩阵引入全域性能指标中,进行速度、加速度和灵巧度性能指标分析,给出三项指标的性能图谱,讨论结构尺寸变化对机构性能的影响。以该机器人速度、加速度和灵巧度指标为目标函数,以无奇异位形和工作空间为约束条件进行基于性能图谱的尺度综合,对不同权重优化结果的讨论为该机器人的构形设计提供了参考。     

平面2自由度驱动冗余并联机器人的输出速度分析

机器人的性能分析是机器人机构设计的前提和基础。以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象，根据该并联机器人机构的空间模型和运动学反解，探讨了该并联机器人机构的末端输出速度性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱，这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

一种新型3T2R冗余驱动混联机构的位置逆解和工作空间分析

提出了一种新型3T2R冗余驱动混联机构。首先,运用螺旋理论分析了该机构实现3T2R运动原理,计算出该机构的自由度,进行了输入选取与论证;然后,利用解析矢量法建立机构位置逆解方程;随后,基于位置逆解,结合机构的约束条件,运用数值搜索法对其工作空间进行研究,分析机构的性能优越性;最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了逆解模型的正确性及机构的可实现性。     

含冗余驱动并联机构的混联加工单元运动学分析及实验验证

设计了一款以2UPR&2RPS冗余驱动并联机构为动力头的新型5自由度混联加工单元,并对其进行了运动学分析.首先,基于旋量理论计算混联加工单元的自由度,证实其具有空间两转动和三平动(2R3T)运动能力.其次,运用空间矢量法建立混联加工单元的运动学模型,推导出机构的位置正/逆解解析式.再次,基于分层搜索思想预估混联加工单元...     

新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析

针对串联四足机器人行走惯量大,自重/载重比大的问题,提出一种新型串并混联四足步行机器人,并对该机器人的串并混联腿进行运动学分析。该机器人由一个运载平台和四条结构相同的串并混联腿组成,每条腿均由髋关节、大腿、小腿顺次连接构成,其中髋关节为3-RRR并联机构。以能耗最小姿态为最优姿态,基于矢量法求解了该串并混联腿的运动学正解和反解,利用MATLAB和ADAMS软件验证了正解和反解的正确性;基于矢量法和微分变换法求出了该混联腿的速度雅克比矩阵和加速度矩阵,分析了其奇异性,并利用MATLAB软件绘制出该腿的工作空间。结果表明:该腿在髋关节连杆直径d=22mm,大腿杆件直径D=50mm,膝关节转角θ4∈[105°,155°]时,工作空间呈球冠形,最大内接圆半径R=400mm,高度为H∈[500mm,900mm]。本研究对该新型串并混联四足步行机器人的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等的进一步研究具有重要意义。     

新型六自由度冗余混联机床运动学模型

提出了一种以新型三自由度冗余驱动并联机构4-PRP作为定位模块,串联上三自由度并联机构3-UPSPU来共同实现六自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论分析了该机床实现3T3R运动原理,计算出该机构的自由度。然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,运用影响系数法建立了一阶运动影响系数矩阵—Jacobian矩阵和二阶影响系数矩阵—Hessian矩阵,建立了完整的运动学模型。最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了运动学模型的正确性及机构的可行性。     

混联机器人的分析与研究

串联机器人需在各关节上设置驱动装置,故各动臂的运动惯量较大,因而不宜实现高速或超高速操作。混联机构兼有并联机构刚度大和串联机构工作空间大的优点 混联机器人的研究关键是构造新型少自由度并联机构。新型并联双自由度转动关节（RGRR-1）可以实现运动解耦 其活动构件少,仅有3个活动构件 工作空间大,可以实现绕固定坐标系Z轴的摆动,幅度为-90°—90°,以及绕摆动轴X1轴的360°的转动 与串联双自由度转动关节相比,具有刚度好的优点。利用RGRR-1构造的混联机器人,具有刚度高、结构紧凑、工作空间大、制造容易等优点。     

一种新型非对称五自由度混联机器人的尺度综合

提出一种新型非对称五自由度混联机器人,由三自由度1T2R位置型并联机构和二自由度A/C转头串接组成。为保证机器人具有近似面对称的性能,围绕其中的并联机构开展尺度综合研究。通过定义并联机构的参考位形,提出一种凝练独立尺度参数的方法,并定义出可评价工作空间、运动/力传递特性及其面对称程度的运动学性能指标。在此基础上,将机构尺度综合问题归结为一类有约束多目标优化问题,并采用范数理想点法,得到一组可使机构兼具优良的运动/力传递特性及大作业空间/机构占地比的尺度参数,同时运动/力传递特性在全域内具有近似面对称乃至轴对称分布。在相同尺度参数下与Exechon和TriMule机器人的对比分析表明,该机器人具有与二者近似的全域运动学性能。     

混联机器人结构设计及优化

针对传统开放手术病人创伤大、微创手术医生易疲劳等现状,设计出一种基于混联结构的微创手术机器人。为满足微创手术的各种复杂动作,该机器人采用冗余8自由度结构提高其灵活性;结合球关节结构紧凑特点,所设计机器人采用串并联相结合的混联结构提高自身刚度,满足微创手术机器人高精度、小尺寸要求。依据所设计结构,在Matlab软件中对机器人的运动学、灵活工作空间等求解及仿真,论证了结构设计的合理性。