串联式球面剪叉机构的运动学建模与轨迹规划

目的研究一种用于球体表面装饰的串联式球面剪叉机构的运动学性能与轨迹规划。方法运用螺旋理论和修正的Kutzbach-Grübler公式计算机构的自由度,利用球面三角运算法则和坐标变换法,建立串联式球面剪叉机构的运动学模型,并采用Denavit-Hartenberg(D-H)四元数法对机构进行正运动学和逆运动学的求解,利用Matlab软件进行机构的工作空间求解,利用SolidWorks动态仿真法对机构进行轨迹规划,并进行运动性能分析。结果通过实例得出了机构在球面上按给定轨迹运行时的运动规律与实际规划轨迹的运动规律性能相符。结论串联式球面剪叉机构具有工作空间大、运动灵活、运动性能良好等优点,适用于在球体外包装表面上雕刻、喷绘以及其他相关应用领域。     

2-SPR/RUPR并联机构的逆运动学与可达工作空间分析

目的提出一种2-SPR/RUPR并联机构,用于在任意曲面上的雕刻与喷绘。方法基于螺旋理论建立2-SPR/RUPR并联机构的螺旋矩阵,使用修正的G-K公式计算出机构的自由度。采用几何法和D-H法求解并联机构的位置逆解。通过三维动态法进行机构工作空间的搜索,再将数据点导入Matlab中进行工作空间的绘制。结果求解得到2-SPR/RUPR并联机构的逆解,且工作空间呈实心蘑菇云状,给出了在曲面上雕刻和喷绘图案的实例。结论该机构可以应用于曲面雕刻和喷绘,使得刀具与曲面相垂直进而提升了雕刻与喷绘的效果,可以实现任意曲面上的雕刻和喷绘。     

2-RPU/UPR并联机构的自由度与工作空间分析

目的 针对目前快递行业需要对大量物品进行分拣、包装,需耗费大量的劳动力,提出一种2-RPU/UPR并联机构进行运动学分析,得到其自由度和工作空间,考虑是否可以取代人工操作。方法 首先利用SolidWorks软件对2-RPU/UPR并联机构进行三维建模,然后利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着通过运动链参数D-H表示法和欧拉角表示结合求解位置反解;最后,借助Matlab软件求出其工作空间,并改变动定平台半径比,分析工作空间变化情况。结果 2-RPU/UPR并联机构的工作空间范围比较广,形状规则,呈对称分布,动定平台半径比增大,工作空间也会随之增大。结论 2-RPU/UPR并联机构具有xy等2个转动方向和1个移动方向z,通过添加对应的控制程序,可以代替人工进行分拣、包装工作。     

基于TRIZ理论的高速套袋机移外袋装置的应用

目的 为并联机床找到最优的工作空间范围,提出一种含闭环球铰的三自由度并联机构。方法 根据并联机构的运动学反解,首先求解速度雅克比矩阵;随后在速度雅克比矩阵的基础上,分析并联机构的3种奇异位置,给出奇异位置的数值解,并仿真并联机构在剔除奇异位置情况下的理论可达工作空间;最后,分析并联机构的灵巧度,找到并联机构在理论可达工作空间下灵巧度为0的位置,确定并联机构动平台实际可达工作空间。结果 在剔除奇异位置和灵巧度为0的位置之后,并联机构实际可达空间的x轴位移从[?10 mm, 5 mm]减小到[?9 mm, ?5.4 mm],z轴位移从[?790 mm, ?650 mm]减小到[?790 mm, ?677 mm],并联机构的转角范围由理论范围的[?30°, 80°]转变为[32.544°, 64.114]。结论 通过分析灵巧度的方式得到并联机构的实际可达工作空间,证明灵巧度对并联机构的工作空间有着较大的影响,从而为该并联机构用于并联机床设计提供一定的理论依据。     

应用于药品包装生产线的2-UPR/RSPR并联机构的工作空间分析

目的针对药品包装生产线后端对工人数量需求多、劳动强度大等问题,提出一种具有较大工作空间的2-UPR/RSPR并联机构,可应用于药品包装生产线的装箱和码垛环节。方法建立2-UPR/RSPR并联机构的螺旋矩阵,并应用G-K公式进行机构自由度的求解和验证,综合应用闭环矢量法和D-H法求解机构的运动学逆解。通过三维模型进行运动仿真获得机构的可达工作空间,联合使用SolidWorks和Matlab软件验证机构的工作空间。给出该机构在药品包装生产线上的应用实例。结果2-UPR/RSPR并联机构具有4个自由度,机构工作空间为双伞形,动平台最大执行角度可达90°,能满足药品包装的需求。结论2-UPR/RSPR并联机构应用于药品包装生产线的后端,不仅提高了包装效率,也提升了药品包装的智能化程度。     

考虑球面副间隙的并联机构动力学模型

基于连续接触模型研究空间球面副间隙对新型减振平台(4-SPS/CU并联机构)动力学性能影响。将4-SPS/CU并联机构中一条驱动支链与下平台相连球面副间隙视为一刚性无质量杆。建立球面副间隙数学模型及该并联机构含关节间隙的位置方程;利用达朗贝尔原理建立理想4-SPS/CU并联机构动态静力学平衡方程并导出该机构所有关节反力;将理想机构运动副反力位置角近似等于该机构球面副中无质量间隙杆方位角;通过对含关节间隙的驱动支链受力重新分析建立该机构含关节间隙的动力学模型。数值计算、对比分析该并联机构考虑关节间隙与理想关节条件下球面副关节反力随时间变化,分析关节间隙对该并联机构运动学特性及驱动力影响,为该并联机构间隙补偿与控制策略提供理论依据。     

含有闭环的并联贴标机构运动学分析

目的为了提高贴标机构的通用性,解决流水线上不同倾斜面上的贴标问题,提出一种含有闭环的并联贴标机构,并进行运动学分析,研究其自由度和工作空间,验证其作为贴签机构的可行性。方法建立并联机构三维模型,利用螺旋理论分析机构的自由度,使用闭环矢量法求出机构的运动学逆解方程。利用Matlab的计算功能,采用空间极限搜索法求解机构的工作空间,绘制机构的工作空间,并分析机构在不同点的最大旋转角度。结果该并联机构拥有2个移动,1个旋转自由度;工作空间紧凑无空洞,形状规则;垂直方向大部分工作空间最大转角可达90°。结论该并联机构结构简单,垂直方向转角大,动平台旋转中心易调;结合并联机构固有的刚度大、结构稳定、惯性小的优点,可以高效地完成流水线上不规则产品贴标工序的贴标任务。     

2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构的运动学分析及应用

目的 针对产品加工包装流水线上的印刷和装箱环节,提出一种具有双构型的2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构。方法 基于螺旋理论,分析得出机构在2种构型下自由度的数目及性质;根据修正的Kutzbach-Grübler公式,验证自由度的计算结果;采用封闭矢量法计算2种模式下机构的运动学反解;求解机构在2种模式下的可达工作空间;分析应用实例,研究机构在进行印刷和装箱2个环节作业时驱动支链线位移的变化,使得机构满足喷码和装箱工作需求。结果 2-UPS/UPR/(rT)PS并联机构具有2R1T、2R2T等2种运动模式,工作空间内部连续。结论 2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构通过运动副轴线变化,使机构可在2R1T、2R2T这2种运动模式下进行切换,可应用于产品印刷、装箱环节。     

3-PUPU并联机构的运动学与工作空间分析

目的针对一种六自由度3-PUPU并联机构,对其运动性能和工作空间进行研究。方法利用修正的(G-K)公式对该并联机构动平台的自由度进行计算,并建立机构的逆运动学和正运动学特征方程式,然后利用Matlab/Simulink中的Sim Mechanics功能模块建立3-PUPU并联机构及结构框图,利用杆长的运动范围限制条件编程求得3-PUPU并联机构的工作空间。结果该并联机构的工作空间范围较大,形状规则,结构紧凑,无空洞。结论 3-PUPU机构具有良好的工作空间性能。     

基于2-RCU/CUR并联机构的运动学分析

目的随着产品的种类的丰富,出现了各类产品喷码方式不同的问题。为使得喷码机适用于不同产品,文中提出一种转动幅度较大的2-RCU/CUR机构,用于多种类产品喷码。方法应用螺旋理论对2-RCU/CUR机构进行自由度分析,并用改进的G-K公式进行验证,用闭环矢量法对机构的位置分析进行反解,在SolidWorks软件中绘制出机构模型,最后用Matlab软件对机构工作空间编程求解并绘制出工作空间。结果 2-RCU/CUR并联机构具有3个自由度,分别为2个转动自由度和1个移动自由度,在机构的工作空间内,动平台绕y轴的转动可达90°,且在工作空间内没有奇异位型。结论 2-RCU/CUR并联机构结构简单且稳定,工作精度高,工作空间较大,可以适用于多种产品喷码流程,可以提高经济效益。     

基于并联机构铣床工作台的设计

 基于并联机器人机构的运动输出理论, 考虑结构的对称性和解耦性, 构造出一种新型的具有二平移一转动的三自由度并联机器人机构,给出了机构的运动学反解模型,并用MATLAB计算出其位置正解。以图解形式描绘该机构的可达工作空间,找出影响定姿态工作空间的因素,并提供了该机构在铣床上的具体应用实例。该机构良好的对称性和解耦性,为系统控制带来了方便。     

含闭环球铰的三自由度并联机构工作空间分析

目的 提出一种SPR+UPS+UPR非对称并联机构,用于不同类型产品的贴标与喷码。方法 首先用SolidWorks对机构进行三维建模;然后用螺旋理论和修正的G-K公式计算机构的自由度;并用封闭矢量环法求出机构的位置逆解;最后用三维动态法和Matlab编程求出该机构的可达工作空间。结果 SPR+ UPS+UPR并联机构共有两转一移3个自由度,且运动性能良好。结论 该机构可用于不同类型产品的贴标与喷码,降低了成本,提高了效率。     

基于2-CPR/UPS三平移并联机构的移印机运动学分析

目的提出一种基于2-CPR/UPS并联机构的三平移移印机,以扩展并联机构的应用领域,提高移印印刷质量。方法应用螺旋理论求解机构的自由度,并用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证。建立该机构Jacobian矩阵的数学模型,运用极限坐标搜索法求解其工作空间。根据Jacobian矩阵对机构奇异性进行分析,获得灵巧度指标在工作空间中的分布规律。结果该机构可实现三平移运动,工作空间呈长方体形状,内部连续无空洞且无奇异位置,灵巧度指标在工作空间中分布均匀。结论该三平移移印机可满足移印时的运动及工作范围需求,研究结果表明该机构在工作空间中无奇异位置且灵巧度性能良好。     

新型碟式太阳能跟踪平台设计和姿态工作空间分析

传统的碟式太阳能热发电系统采用回转支承和螺旋升降机来实现太阳方位角和高度角的跟踪,不足之处在于无法自动调整聚光器镜面单元的位姿以应对外界扰动。采用并联机构来实现太阳跟踪,不仅具有刚度高、跟踪误差小等内在优势,还可以自动调整聚光器镜面单元位姿。若采用传统球铰,由于其物理限制,跟踪机构的偏转能力不能精确满足太阳跟踪角度范围大的技术要求。针对上述问题,采用新型被动球铰,设计了一种基于3-RPS并联机构的新型碟式太阳能跟踪平台,并计算了其跟踪角度的范围;同时,通过建立通用3-RPS并联机构的逆运动学方程,结合球坐标搜索法计算了3-RPS并联跟踪机构的姿态工作空间,并结合结构参数对其姿态工作空间的影响规律,确定了各结构参数的最优值。结果表明：当新型碟式太阳能跟踪平台选用新型被动球铰,动、定平台形状为等腰三角形,转动副轴线共面且呈三角形布置,动、定平台的半径比为2以及支链长度为动平台半径的2倍时,其结构符合设计要求且调整后的姿态工作空间满足太阳跟踪所需的角度范围。研究结果可为后续的太阳跟踪平台结构设计和参数优化提供参考。     

基于同向滑杆支链并联机构的工作空间分析

目的 快递行业每天都需要耗费人工对中型件进行分拣、包装,而中型件需要并联机构有更大的工作空间,相较于旋转驱动,直线型驱动并联机构的工作空间更大,针对上述问题提出一种同向滑杆支链的3-PUPU并联机构.方法 以同向滑杆支链的3-PUPU并联机构为研究对象,首先根据并联机构的几何关系和运动学模型,利用矢量法建立并联机构的运动学求解方程;其次,对影响及约束同向滑杆支链的3-PUPU并联机构工作空间的运动副及运动支链约束条件进行分析;最后,采用三维边界搜索法通过并联机构的运动学方程对同向滑杆支链的3-PUPU并联机构的工作空间进行分析,并以工作空间的体积为目标,研究并联机构的万向铰运动转角及同向滑杆支链对工作空间的影响.结果 研究表明,该并联机构的工作空间具有对称性、内部无明显空洞、截面形状规整;同时,运动副约束与工作空间体积的影响曲线表明同向滑杆支链的移动距离对工作空间的体积影响最大.结论 通过添加可控程序以更大的工作空间来实现同向滑杆支链的3-PUPU并联机构对中型件分拣、包装,为该机构后续的理论研究和实际应用提供了可靠依据.