树状混联机构的约束和运动分析

针对混联机构结构的耦合性和复杂性问题,提出了以广义运动链等效分析法来求解此类混联机构的自由度.基于约束螺旋理论,对一种树状混联机构的约束及运动进行分析,采用广义运动链替换法,将混联机构中的复杂环路等效为等自由度的广义运动链,从而将复杂机构转化为简单机构,正确求得自由度的数目和性质.结果表明:该方法可有效化简机构的复杂结构,简化分析过程.     

一类对称三自由度移动多环耦合机构的构型综合

针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-(RRR)RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据单闭环自由度公式确定耦合支链上运动副的个数.然后,为避免出现瞬时机构,分析耦合支链上运动副的种类.最后,通过对耦合支链的组装,综合出了一类具有一、二级耦合节点的对称三自由度移动多环耦合机构.     

含有纯约束分支的无耦合2T型并联机器人构型综合

为解决并联机器人强运动学耦合性问题,提出一种含有纯约束运动分支的无耦合二维移动(2T型)并联机器人的构型综合方法.此类并联机器人的分支运动链包括2种类型:向动平台提供驱动力的主动分支和仅提供约束的纯约束分支.首先基于机构输入-输出运动之间的数学模型和驱动力螺旋理论建立了机构主动分支的结构综合方法;然后根据分支运动特性和约束螺旋理论实现了纯约束运动分支的结构综合;最后按照各分支运动链的配置条件完成了并联机器人的构型综合,得到多种新型机构.对综合出的2种2-RURR/RRR和2-CPR/RPR并联机器人进行自由度和运动分析,基于其雅可比矩阵判断出机构均具有无耦合运动学特性,验证了所提出理论方法的正确性和有效性.     

一种5轴混联铣床运动学的矢量法分析

介绍一种由3自由度并联机构和2自由度串联机构组成的5轴混联铣床.采用矢量分析的方法,引入单位矩阵和四元素向量对运动学分析中的高阶转换矩阵进行降阶处理,实现机构输入参数与机构独立运动参数之间的矩阵转化,解决了机构运动参数耦合的问题;详细推导出铣床的并联部分驱动输入速度、加速度与机构动平台输出速度、加速度之间的数学关系,借助于运动学仿真分析软件验证了算法的正确性.该算法对于具有运动参数耦合的并联机构或混联机构的运动学分析、动力学分析以及机构的运动控制具有一定的参考价值.     

一种AUV并联型矢量推进机构的姿态控制算法

为克服一些AUV矢量推进方式存在的作动器外置、自由度冗余等缺点,提出一种基于少自由度并联机构、作动器内部布置、满足两自由度矢量推进的结构方案.方案采用RS+2PRS并联机构作为AUV推进系统的主体结构,并联机构的固定平台与AUV的尾部舱壁固联、机构的运动平台安装螺旋桨等推进器,将驱动部件和动力输入单元内置于AUV舱体内部,结构紧凑,刚度性能好,便于推进系统的密封与防护;通过推进机构的运动参数解耦分析可知,该推进机构的自由度为2,独立运动参数为螺旋桨安装平台的进动角和章动角;可以采用两个移动副构件作为机构的驱动输入,建立推进机构欧拉姿态角与两路驱动参数之间的非线性映射模型;利用MATLAB和ADAMS的联合仿真分析,并搭建实物装置实现了螺旋桨姿态角的快速调整,从而实现AUV航向角和俯仰角的改变.研究结果表明,该型两自由度推进机构结构可行,姿态控制算法正确有效,可以有效提升AUV的水下机动性和工作效能,为后续两自由度矢量推进机构的工程化应用奠定理论基础.     

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.     

机构自由度公式的统一形式及其物理内涵

由于并联机器人机构的发展,最近十多年,提出了6种新的主要的机构自由度（DOF）公式.在简述这6种公式的结构与特点的基础上给出了这些公式的统一形式及其物理意义,以及DOF公式取得进展的原因;对基于约束螺旋系的统一形式的DOF公式,提出了DOF计算方法的改进建议,并给出两个实例;而基于运动分析的统一形式的DOF公式,只适用于不含非独立运动元素的机构,仅是具有一般性的基于方位特征集的DOF公式的特例.     

2转动高精度重载并联机构构型综合

采用一种基于支链分析法的并联机构构型综合方法,综合出了具有解耦特性的2转动并联机构。首先,对2转动并联机构的结构特点进行分析,得到2转动并联机构的最简结构形式,并基于空间无约束的Kutzbach-Grübler公式对各支链的自由度组合方式进行分类,得到所有支链组合形式。其次,提出了一种并联机构初步筛选原则,并考虑球副、万向副的加工难度和成本对并联机构进行优选。最后,由于优选出的2转动并联机构存在局部自由度,对具有局部自由度的并联机构支链进行降自由度处理,得到6种解耦性好、承载能力高、精度高、结构简单的2转动并联机构。采用螺旋理论对U-RPU-UPS并联机构进行自由度分析,建立了逆运动学模型,并进行了验证。结果表明,所构建的并联机构可以实现2转动自由度的运动,并且具有很好的运动解耦特性。所综合出的2转动并联机构弥补了现有机构的不足,可作为光伏跟踪尤其是聚光光伏跟踪机构。     

平面并联机构运动和动力分析的序单开链法

并联机构具有精度高、刚度大、承载能力强等优点,应用非常广泛.由于存在多变量,并联机构呈现出非线性、多参数耦合的特点,其动力学问题具有一定的复杂性.以单开链为单元对一种平面并联机构进行结构分解,按结构分解的正序进行了运动分析,在运动分析的基础上按结构分解的逆序对该机构进行了动力学分析.序单开链法可以使机构运动学、动力学方程的维数降至最低,且恰等于机构的耦合度,因此该方法可以方便求解机构动力学问题,且计算效率较高.     

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.     

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．     

基于螺旋理论的少自由度并联机构自由度分析

少自由度并联机构自由度的减少本质上是因为受到分支施加的结构约束的合成作用决定。运用螺旋理论描述单个分支约束及所有分支约束的合成，并从几何上直接分析约束的线性相关性，判别出机构自由度的性质，同时给出公共约束，冗余约束存在的几何条件和相应的判别计算公式，在此基础上得到普遍适用于少自由度并联机构自由度计算的修正Grtibler—Kutzbach计算公式和一种等价的完全依靠约束分析的自由度计算公式。笔者提出的方法不仅适用于对称少自由度并联机构，也适用于非对称少自由度并联机构。     

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…     

机构运动的变换式进化设计

现有的基于几何约束关系的CAD系统不能很好地解决面向方案设计的机构运动模型表示这一问题，为此提出了一种新的基于功能语义的运动进化建模方法.以功能单元的定义实现机械产品功能运动约束的抽象表达，研究了在机械产品运动进化建模过程中功能语义的表达、功能运动约束的进化模式以及机构运动综合技术.建立了功能运动约束与机构组合约束间的进化关系，实现了由语义层向几何约束层传递运动意图.将功能语义与运动功能综合求解的变换式进化过程相结合，实现了对设计者功能意图的映射转化.结合企业具体应用将上述理论应用于实际产品开发中，取得了良好的效果     

Kinematic synthesis method for the one-degree-of-freedom jumping leg mechanism of a locust-inspired robot

The one-degree-of-freedom(DOF) mechanism has a simple structure, convenient control, and high stiffness, and it has been applied in many micro jumping robots. Meanwhile, the six-and eight-bar mechanisms can satisfy more complex motion requirements than the four-bar jumping leg mechanism and they have good application prospects. However, the lack of effective design methods limits the application range of these mechanisms. In this work, a type and dimensional integration synthesis method was proposed with the one-DOF six-bar leg mechanism as the research object. The initial tibia and femur were determined based on the kinematic chain atlas, and configuration design was implemented through the superposition of links.When a closed chain was formed in the superposition process, the feasible range of the link length was analyzed by considering the constraint conditions. The proposed method innovatively establishes the relationship between the kinematic chain atlas and the configuration, and the feasible length ranges of the links can be quickly obtained simultaneously. Several examples were provided to prove the feasibility of the kinematic synthesis method. This method provides a useful reference for the design of one-DOF mechanisms.     

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。     

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。