3-PRRU并联机构自由度分析

3-PRRU并联机构具有2个转动和1个移动自由度,是少自由度并联机构中的一个重要分支,具有较大的应用潜力。运用几何代数对3-PRRU并联机构进行自由度分析。首先用几何代数表示了分支和动平台的运动空间;然后通过对分支运动空间求交得到动平台的运动空间,该运动空间的基给出了3-PRRU并联机构自由度的符号表达式。使用几何代数方法所得结果具有几何直观性,且不需要对机构进行约束分析,运算更为简捷。     

少自由度并联机构研究进展

各种新型少自由度并联机构的理论和实验研究是近年来国内外机器人领域中十分重要的研究方向和前沿技术。与6自由度并联机构相比,其本质差异在于少自由度并联机构存在结构约束,使并联机构的分支中出现了约束力/矩。当机构运动受到约束,其末端运动呈现耦合。由于结构约束形式各异,使得少自由度并联机构在运动中表现出不同的运动特性。本文综合评述了少自由度并联机构机型、运动学、机构奇异、动力学、刚度研究进展,旨在为各种新型少自由度并联机构研究和相应理论体系的发展提供具有重要价值的信息。     

约束力/矩对一种少自由度并联机构刚度及弹性变形的影响

研究约束力/矩对一种3UPS+RRPR少自由度并联机构的总刚度与弹性变形的影响。以主动约束力/矩为基础求解3UPS+RRPR少自由度并联机器人机构的刚度与弹性变形。首先分析该并联机构受力位置并确定主动约束力/矩的姿态。然后,分析该并联机构的主动约束分支的弹性变形,并解出主动约束分支的伴随矩阵。基于6×6的雅可比矩阵和主动约束分支的伴随矩阵,导出该并联机构的总刚度矩阵和弹性变形。最后得出结论:约束力/矩对该并联机构的弹性变形产生巨大的影响,当建立总刚度矩阵和弹性变形时,必须考虑约束力/矩。     

含有齿轮副平面机构自由度的计算

通过对齿轮副的约束情况进行分析，提出齿轮副在不同的情况下应分别看作高副或低副，从而可以应用平面机构自由度的计算公式直接计算含有齿轮副平面机构的自由度。     

含有齿轮副平面机构自由度的计算

通过对齿轮副的约束情况进行分析，提出齿轮副在不同的情况下应分别看作高副或低副，从而可以应用平面机构自由度的计算公式直接计算含有齿轮副平面机构的自由度。     

一种新型3-URS机构分析

为了保证3-URS机构实现确定运动,利用螺旋理论进行了分析。描述了机构的单分支约束及所有分支约束的合成,分析了机构约束螺旋系的相关性与冗余约束和局部自由度等因素对机构自由度的影响,根据修正的Grübler-Kutzbach公式计算出并联结构的自由度为6。结果表明,机构实现确定运动需要6个输入运动。     

少自由度并联机构运动学解析方法研究

对于少自由度的并联机构,基于它在运动时受到的约束力和约束力矩.给出了约束力/约束力矩的判断准则.并推导出了少自由度并联机构统一的雅可比矩阵和Hession矩阵.最后,应用所推导理论,对3-RPS并联机构进行运动学分析.为少自由度并联机构的静力学、动力学解析提供了统一的运算依据.     

空间少自由度并联机构瞬时螺旋运动轴线曲面的几何表示方法

对于单自由度的平面机构或单自由度空间机构来说,机构中各个点的运动都是确定的。机构在运动过程中的一系列瞬时螺旋运动轴线所形成的曲面也是唯一的,比较容易求解,可以得到其数学表达式。但对于多自由度的空间机构来说,由于在每一个位形下,机构的运动有多种可能性,瞬时运动轴线所形成的曲面也不是唯一的,很难得到其数学表达式。本文通过求解空间机构在运动过程中的一系列瞬时运动轴线,利用几何方法绘制出空间少自由度并联机构的瞬轴曲面,从而可以更直观地了解少自由度并联机构的空间运动。     

基于独立运动分流标记法的多环耦合机构自由度分析方法

基于运动分流法,提出一种改进的多环耦合机构的自由度分析方法,可将复杂的多环耦合机构拆分成多个运动独立的链.应用螺旋理论分析独立运动链所含耦合节点相对于机架的独立运动,并用广义运动副等效代替,整个机构就可以等效为一个并联机构.通过分析等效并联机构的运动和约束螺旋系,即可确定多环耦合机构动平台的自由度数目和性质.将提出的方法应用于一种Hoberman Switch-Pitch魔球机构的自由度分析,验证了该方法的有效性及简单性.     

关于空间机构自由度的讨论

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束的理论出发，对机构学的自由度公式重新进行了研究。研究结果表明：只要对平面、球面机构自由度的计算公式稍加变化，就可得到空间机构求自由度的新公式，利用这个新公式，既可以求空间机构的自由度，又可以求平面、多环、空间开式链、混合链等机构的自由度。该新公式比传统公式使用方便，在形式和内容上都有实际意义，从而为空间机构自由度的计算提供了可靠的理论计算式。     

Displacement manifold method for type synthesis of lower-mobility parallel mechanisms

Compared with the general 6-DOF (degrees of freedom) PM (parallel mechanism),lower-mobility PMs have advantages of simple structure, low cost in design, manufac-turing and control. Inventions of new architectures not only mean breakthrough in theorybut also help protect independent intellectual properties. Consequently, the potentialbusiness value and application can be obtianed. The success of the DELTA robot is sucha typical example1). Particularly the symmetrical lower-mobility PM, wh…     

少自由度变胞并联机构综合设计方法

为实现可重组并联机构的创新设计,提出基于基本支链构型的变胞并联机构设计方法.该方法从少自由度并联机构动平台所受的约束出发,运用螺旋理论中相逆螺旋的性质,构造约束螺旋为力或力偶的两类基本支链,并根据基本支链构型的特点构造变胞支链,实现并联机构的变胞设计.对构型相似的线矢力和力偶基本支链进行融合得到变胞支链,通过锁住不同运动副的方式实现变胞支链在两类基本支链之间转化,构造出动平台约束性质可变的变胞并联机构;根据基本支链约束螺旋的方向特点,通过改变运动副轴线方向的方式实现支链约束螺旋方向的改变,进而构造出动平台约束方向可变的变胞并联机构.用所提出的变胞并联机构设计方法,结合Bricard机构的单自由度运动特性,实现动平台为Bricard机构的变胞并联机构的构造.基于基本支链构型进行变胞并联机构构型设计,根据动平台的约束对变胞支链进行组合和变型,实现变胞并联机构的综合,为机构创新设计奠定基础.     

基于螺旋理论的3-RRR并联机构设计与仿真

基于螺旋理论分析了一种3-RRR并联机构的自由度和构型.通过分析动平台和各分支机构的约束螺旋系,构造3-RRR串联分支,运用修正Crübler-Kutabath公式计算出其自由度满足3个转动自由度.基于虚拟样机技术建立3-RRR并联机构虚拟仿真模型,进行正向运动学仿真和工作空间分析,从而找到该机构存在的缺陷,为少自由度并联机构运动学和动力学分析提供保证.     

新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构．运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响．提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义．     

一种新型具有三维移动自由度并联机器人运动学分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理 ,设计构造了一种动平台能实现空间三维纯移动的并联机器人机构 ,进行了机构运动输出特性分析及运动确定性分析 ;给出了其位置分析的正、逆解析解 ,并分析了该机构的输入—输出运动解耦性     

空间3自由度冗余驱动并联机构的运动学分析

由n(n<6)条SPS主动支链和一条被动约束支链构成的并联机构结构简单而且承载能力更强,具有非常广泛的应用前景。以4-SPS/S结构的并联机构为研究对象,实现模拟船舶在海浪中的3自由度摇摆运动功能。运用螺旋理论分析4-SPS/S并联机构真实的自由运动特性。运用坐标旋转矩阵变换和矢量导数法,推导出并联机构位置逆解的解析表达式以及各主动支链和动平台的微分运动特性。运用杆长约束条件和Sylvester结式消元法,推导出该机构位置正解的解析解。仿真研究和实例验证结果表明,该机构具有4组位置正解,其中2组为实解,另外2组为虚解,验证了位置正解求解算法的正确性。     

Reconfigurable parallel mechanisms with planar five-bar metamorphic linkages

This paper presents the idea of constructing reconfigurable limbs by integrating metamorphic linkages as subchains.The planar five-bar metamorphic linkages that have three phases resulting from locking of motors are considered.Under the assumption that the constraint exerted by the reconfigurable limb can switch between no constraint,a constraint force,and a constraint couple,the output motions of the metamorphic linkage in its two planar four-bar linkage phases are identified.By adding an appropriate joint to planar four-bar linkages with translational output,four planar five-bar linkages that can be employed in the construction of reconfigurable limbs are enumerated.Serial chains that can provide a constraint couple and a constraint force are synthesized based on screw theory.Reconfigurable limbs that have three configurations associated with the three distinct phases of the metamorphic linkages are assembled with planar five-bar metamorphic linkages and serial chains with four degrees of freedom.A class of reconfigurable parallel mechanisms are constructed by connecting a moving platform and a base with three identical reconfigurable limbs.The degrees of freedom of the reconfigurable parallel mechanism in different configurations with the metamorphic linkages in different phases are given.Finally,the actuation scheme for this kind of mechanisms is addressed.     

A general methodology for mobility analysis of mechanisms based on constraint screw theory

It is well known that the traditional Grübler-Kutzbach formula fails to calculate the mobility of some classical mechanisms or many modern parallel robots,and this situation seriously hampers mechani-cal innovation.To seek an efficient and universal method for mobility calculation has been a heated topic in the sphere of mechanism.The modified Grübler-Kutzbach criterion proposed by us achieved success in calculating the mobility of a lot of highly complicated mechanisms,especially the mobility of all recent...     

一种新型解耦二腿三维平移并联机构及其运动分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,设计了一种动平台能实现空间三维纯移动的二腿并联机器人机构,对其进行了机构运动确定性分析、运动输出特性分析;还给出了其位置分析的正、逆解析解及速度解析解,讨论了该机构的输入-输出运动解耦性。