3自由度绳索牵引并联机器人的工作空间分析

给出了所设计的平面1R2T三自由度绳索牵引机器人模型,建立了其运动学的逆解模型.在时机器人进行可达工作空间分析的基础上,提出了一种基于矢量封闭原理的可控工作空间;同时在MATLAB环境下采用Monte-Carlo方法对可达工作空间和可控工作空间进行了仿真.仿真结果表明机器人的可控工作空间都落在可达工作空间范围内,验证了可控工作空间分析方法的可行性.该方法也适用于多自由度的绳索牵引并联机器人.     

[PP]S类并联机构无伴随运动的结构条件

[PP]S类并联机构包括3-PRS、3-RPS、3-RRS和3-PPS四种构型,可实现1移动自由度和2转动自由度,具有广泛的应用前景.伴随运动是[PP]S类并联机构动平台在非独立自由度上发生的运动,是影响[PP]S类并联机构实际应用的关键问题.建立一般3-PRS并联机构伴随运动运动学模型,揭示出一般3-PRS并联机构各项几何结构参数与伴随运动的内在联系,证明3-PRS并联机构无伴随运动所必须满足的结构充要条件,根据这一结构条件可构建无伴随运动的3-PRS并联机构.指出无伴随运动的3-PRS并联机构中存在的局部自由度,给出考虑这一局部自由度的驱动选取方案,对无伴随运动的3-PRS并联机构进行自由度分析,并确定该类机构的2转动自由度的连续转轴.这一结构充要条件适用于全部[PP]S类并联机构.     

一种新型三平移并联机器人的运动学与灵巧度分析

以少自由度并联机构作为研究对象,设计一种新型空间三平移并联机器人机构,根据方位特征方程理论计算机构的自由度、耦合度、方位特征集等特性.通过杆长约束条件建立运动学方程模型,推导机构的正逆解解析式,基于此,研究机构的操作空间与运动灵巧性等性能指标,同时分析结构参数尺寸跟操作空间与全局灵巧度的关系,建立全局灵巧度与可达工作空...     

3-PRS并联机构工作空间求解的SimMechanics实现

3-PRS空间并联机构是2R1T的3自由度机构,由于该空间机构运动的复杂性,故对其工作空间的研究意义重大。以3-PRS并联机构的逆运动学为基础,运用Matlab中的Sim Mechanics功能模块绘制其结构框图,建立该机构的三维实体模型;然后利用数值实例根据滑杆的行程限制条件以及球面副和转动副的转角约束条件采用运动仿真法编程得出了3-PRS并联机构的工作空间。结果表明,该机构的工作空间具有对称性,且内部无空洞,为3-PRS并联机构进一步研究优化设计、控制研究等奠定了一定的理论基础。     

双支链六自由度并联机构尺度设计与性能分析

提出了一种新型六自由度并联机构,该机构由两条运动支链组成,每条支链各包含一个主动球副。与常规六自由度并联机构相比,支链数目的减少可有效增大机构工作空间。基于封闭矢量法求得所提机构的运动学位置逆解,在此基础上分析了机构输入与输出的速度映射关系,建立了机构雅可比矩阵。以工作空间和全域灵巧度为性能评价指标,借助性能图谱法完成了机构尺度设计,基于该尺度参数,对特定工作姿态下的工作空间、灵巧度、承载性能及刚度性能进行了全面研究。最后,搭建了3D打印样机,并对其典型应用场景进行了分析。     

7自由度自动铺丝机器人参数化的自运动流形

提出了一种分析冗余自由度机器人运动学逆解的自运动流形方法。对冗余自由度机器人工作空间中的点,根据关节空间流形和工作空间流形之间的映射关系,采用点的自然坐标作为独立的运动参数来分析冗余自由度机器人的自运动流形,然后把所提出的方法应用到7自由度自动铺丝机器人的自运动流形分析中,得出7自由度自动铺丝机器人的自运动流形。把采用参数化分析方法得到的7自由度自动铺丝机器人的自运动流形曲线和采用数值方法得到的自运动流形曲线进行对比,结果发现,采用参数化的分析方法得到的自运动流形曲线和采用数值方法得到的自运动流形曲线高度吻合,所以采用参数化的分析方法来求解冗余自由度机器人的自运动流形,是求解冗余自由度机器人运动学逆解的一种有效方法。     

3-RRR球面并联机构的工作空间分析及结构优化

根据Kutzbach-Grübler修正公式分析了球面3-RRR并联机构的自由度个数以及性质,采用哈密顿"四元数"对关节矢量进行描述并建立了逆运动学数学模型,找出了动平台运动时连杆之间、连杆与电机主轴相互之间的碰撞干涉条件。根据运动学逆解以及碰撞干涉条件,基于Mathematica软件完成了可达工作空间的分析,绘制了球面并联机构的工作空间形状,给出了工作空间的极限位置。以工作空间的最大化为目标对并联机构进行了结构优化设计,使动平台实现了完整的球面工作空间。     

新型六自由度微动并联机构的工作空间分析

在实现天文光学镜面毫米级行程位姿调整和微纳米级精密定位中,基于全柔性铰链的新型3SPS+3(SP-U)六自由度并联机构的工作空间主要由柔性铰链相对较小的回转空间所定义。分析了3SPS+3(SP-U)并联机构运动自由度及其部分自由度解耦特性,并根据实物样机的几何参数建立了其运动学逆解模型。在此基础上,基于柔性铰链回转空间及支链行程范围,采用搜索法分析了其工作空间,并采用激光跟踪仪对样机的工作空间进行了实测。理论计算和实测结果验证了该机构动平台中心点的平动位移空间可达±3 mm,转角空间可达±1°,确保了其在应用中具有足够的工作范围,达到了设计目标。     

三平移并联机构的尺度综合

基于逆向思维提出了一种满足工作空间要求的三平移自由度并联机构的尺度综合方法。在工作空间已定的前提下,给出了并联机构,通过运动学反解的方法确定并联机构的结构参数的方法,最后在确定杆长以后通过运动学正解的方法验证了并联机构的工作空间。     

全对称4-URU并联机构运动性能分析与尺度优化

深入研究了一种能实现3T1R运动的全对称4-URU并联机构。基于螺旋理论验证了机构的自由度特征,建立了机构位置正逆解数学模型,确定了机构的奇异位形。采用数值搜索法求解了机构的工作空间,通过考察各尺度参数对工作空间的影响,优选得到了机构的关键尺度参数。相关数值计算及运动仿真结果表明,该机构运动学模型及性能分析结论正确合理,相关成果可为机构动力学分析、结构设计提供参考依据。     

一类带冗余支链并联机器的运动学自标定

利用冗余支链测量信息,对一类带冗余支链并联机器的运动学参数进行自标定。通过矢量闭环微分法,建立冗余支链运动学误差模型,并通过多个位姿处误差传递矩阵的组合,得到自标定的辨识雅可比矩阵。针对部分运动学参数误差辨识性差的问题,提出一种基于辨识雅可比矩阵各列线性相关性分析的辨识性分析方法,得到可辨识的运动学参数误差线性耦合式,并简化误差辨识方程使辨识性提高。最后利用冗余支链角度编码器测量信息,完成一个4RRR冗余并联机器的运动学自标定,仿真结果显示,基于冗余支链的运动学自标定能有效提高冗余支链和机构终端运动精度。     

基于等效运动副化及运动副退化的公差分析法

针对公差不仅在数值上具有随机性,其所约束的几何特征在空间的位置姿态上也具有随机性的特点,提出了公差约束等效运动副化及运动副退化法。等效运动副化将公差约束的几何特征转化为被运动副控制的几何特征,该等效运动副本身是虚拟的具有多自由度的等效运动副,将公差约束的几何特征转化为被多自由度运动副控制的几何特征,装配体转变为一个无误差的开环机械臂,考虑到因装配工艺而产生的不同运动副自由度之间的相互制约的现象,采用运动副退化法去除冗余自由度,由此建立装配体公差分析模型,并将装配体公差模型分析的数值与加工装配体的实验检测值进行对比。     

工业机械手运动学仿真

使用Pro/Engineer建立了工业水平多关节机械手3D模型,并使用Adams作为仿真工具,实际分析了机械手的运动学和动力学特征:介绍了机械手设计的过程与方法,取得了优化的3D设计参数,为3D建模与优化提供了一种实际方法.     

平面体系的机动分析

通过平面体系的机动分析,以及文中判别方法的系统学习,可以使初学者在最短的时间内,快速准确地判断结构体系的稳定性,对于在设计和实际工程中判别脚手架、模板、支撑等系统的安全稳定性,具有参考与借鉴作用。     

Kinematic nonuniqueness of elastoplastic structures

Lack of uniqueness of the kinematic solution of structures, analyzed as an assemblage of discretized elements assuming nonholonomic linearly-elastic/perfectly-plastic behaviour and a linearized yield surface, is studied. The occurrence of an elastoplastic mechanism leads to nonuniqueness; an elastoplastic mechanism is defined as a kinematically-admissible strain rate field made up of an admissible elastoplastic solution of the governing conditions and an add-on variable component consisting of a linear combination of plastic (collapse) mechanisms. The scalar multipliers of this linear combination are bounded, except at plastic collapse in which case the elastoplastic mechanism degenerates to a plastic mechanism. In the space of loads, the load paths that could coexist with nonuniqueness are restricted to a hyperplane or a crease of intersection of hyperplanes, defined by the equilibrium equations arising from the associated plastic mechanisms of the elastoplastic mechanism. The difference between any two competing displacement vectors would be normal to that hyperplane or crease, in the same manner plastic strain rates are to the yield surface according to the flow rule.     

基于机构运动的大变形超材料

超材料是一类新型人工复合材料或复合结构,特殊的微观或宏观内部结构设计使它们具有自然材料不具备的超常物理性质。超材料的发展经历了二维电磁超表面到三维机械、热学、声学、光学超材料的发展之后,正进入可编程、可调控的阶段,近年来涌现出各种各样具有大变形能力的超材料,以实现物理性能的设计预期与主被动适应。对大变形超材料的设计、功能、制造等方面的发展现状进行了简要的综述,分析这类超材料研究当前存在的主要问题与发展趋势,为多功能超材料的编程与调控研究提供借鉴与参考。     

Kinematic analysis of geared linkage mechanisms

A general approach to the kinematic analysis of planar geared linkage mechanisms (GLMs) is presented based on their structural topological characteristics. Firstly, a systematic method for decomposing a GLM into a series of sequential independent kinematic units, such as the simple links and the dyad link groups is proposed. The concept of tricolored graph and its mathematic expressions are introduced to describe the topological relationship between the kinematic pairs and the links in a GLM. The criteria and process for the structural decomposition and for choosing circuits using the theory of type transformation are established. Then the kinematic equations and the analytic solutions for the kinematic units are derived, and the method for the kinematic analysis of position, velocity and acceleration of GLMs is obtained in an algorithmic fashion. Finally, an application program has been developed, by which the whole work from the structural decomposition to the kinematic analysis can be accomplished automatically for any one of the GLMs. Some examples are used to illustrate the procedures.     

并联微操作手的运动学分析

对６自由度并联微操作手的运动学进行了深入研究。此操作手是一个６－６型、ＰＳＳ副、带柔性铰且由压电驱动的微动并联平台。针对其微动特性,利用摄动旋转齐次变换矩阵,建立了并联微操作手的运动学方程,导出输入、输出位移的雅可比矩阵。该矩阵在整个微小运动范围内,可近似为常数阵。最后用计算机仿真分析了引入常雅可比矩阵的微操作手运动误差,结论证明了简化的合理性和有效性。     

可调整双曲柄驱动机构的运动设计

基于变输入转速机构及可调整机构的设计理论 ,本文提出可调整双曲柄驱动机构的设计观念 ,从运动学角度导出应用可调整双曲柄机构作为传动机构来控制并改善执行机构运动特性的设计方法 ,并给出以曲柄 -滑块机构作为执行机构的一组设计算例