Analysis of kinematic and singular configurations of an asymmetrical parallel mechanism

The forward kinematics and singularity configuration of an asymmetrical parallel mechanism with three translational degrees of freedom were analyzed. By establishing the position equations of the mechanism and obtaining the forward solutions, a better decoupling of the mechanism was proved. Based on the Jacobi velocity transfer matrix, the possible singularity configura-tions were studied and the methods avoiding these configurations discussed. Although improving the rigidity, the 4R structures in the mechanism also resulted in new singularity configurations. By analysis of a feasible instance, this kind of parallel mechanism can avoid all singularity configurations. Meanwhile, it was proved that the design of structure parameters and the choice of inputs range are important for rigidity and stability of parallel mechanisms.     

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。     

基于变胞原理的并联机构微小化设计

研究了变胞机构及其变胞机构原理，结合现有的微细加工技术，根据空间并联机构微小化设计准则，提出了基于变胞原理的微小化空间并联机构设计的方法．针对组成空间并联机构的单开链形式，在满足空间机构微小化设计准则时，提出了运动副间的配置条件．应用螺旋理论和现有的加工方法，对机构的微小化设计进行了实例分析，为机构的微小化加工打下了坚实的基础。     

基于变胞原理的并联机构微小化设计

研究了变胞机构及其变胞机构原理,结合现有的微细加工技术,根据空间并联机构微小化设计准则,提出了基于变胞原理的微小化空间并联机构设计的方法.针对组成空间并联机构的单开链形式,在满足空间机构微小化设计准则时,提出了运动副间的配置条件.应用螺旋理论和现有的加工方法,对机构的微小化设计进行了实例分析,为机构的微小化加工打下了坚实的基础.     

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.     

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.     

一类非线性微分系统的分支问题

借助奇点理论对光滑函数芽(单变量分支问题)在强接触等价群作用下的分类,研究了一类非线性二阶系统边值分支解的存在性和分支解的个数等问题.在一定条件下给出了这类系统的平衡解的局部分支性态,包括分支解的存在性和分支解的个数.     

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.     

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．     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

基于机构位移模态子矩阵法的 铰接杆系机构奇异与运动分岔分析

提出通过追踪机构位移模态子矩阵行满秩与否来判断机构运动分岔点的新方法--机构位移模态子矩阵法.该方法将铰接杆系机构的自由节点分为驱动节点和从动节点,对应描述机构构型的变量分别为控制变量和状态变量.建立铰接杆系机构平衡矩阵,由奇异值分解得到整体机构位移模态,定义驱动节点对应的机构位移模态矩阵和从动节点对应的机构位移模态矩阵为机构位移模态子矩阵,当机构位移模态子矩阵出现非行满秩现象时,驱动节点或从动节点获得自由度,机构运动发生奇异.通过单自由度和两自由度机构算例分析证明了此方法的正确性与有效性.     

Singularity-free path planning for parallel manipulator

Given a start pose and a goal pose, a large number of singularity-free poses are created randomly in the 6 dimensional task space, a short line segment is used to create a feasible path between two singularity-free poses. A well connected roadmap can be obtained and stored in the 6 dimension task space for a specific 6 DOF parallel manipulator in this way and a singularity-free path is queried to connect the start pose and the goal pose. So the singularity-free path planning between any two given poses for this parallel manipulator can be performed very efficiently. This singularity-free path planning method can be used with any type of parallel manipulator only if the matrix used can be given to define singularities.     

6-3-3并联机构物理样机结构优化

建立了6-3-3并联机构物理样机结构优化问题的数学模型,提出将有限元算法内嵌到优化算法中的优化模型求解思路.在ANSYS软件平台上,通过建立各零件参数化模型、定义设计变量、约束和目标函数等步骤,在其优化工具箱最终实现各零件结构参数的优化,为该机构物理样机的轻量化设计提供了理论依据.     

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…     

并联机器人的理论及应用研究

并联机构刚度大，承载能力强，精度高，运动惯性小，备受人们关注。对并联机器人的理论、应用研究及国内外发展现状进行了详尽综述，指出并联机器人理论及应用研究领域有待深入开展的研究工作方向。     

电磁场中导电梁式板非线性振动的分岔

在给出薄板的电磁弹性运动基本方程及电磁力表达式的基础上,得到了横向磁场和机械载荷共同作用下梁式薄板的振动方程,应用Calerkin法将簿板的振动方程化为Duffing方程,用多尺度法得到二阶主共振的分岔方程,最后用奇异性理论得出分岔方程的转迁集并得出了分岔图。     

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.     

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。     

化学反应器设计中的分叉(Bifurcation)及浑沌(Chaos)问题

论述了从70年代中期以后在反应工程及控制工程中对分叉现象及浑沌现象所作的研究,提出了研究分叉现象的主要方法,这些方法对复杂反应系统的稳定性设计是极为重要的。     

Study on singularity analysis with differential transform method for 3-RRUR parallel robot based on Jacobian matrix

Parallel robot is used in many different fields nowadays,but the singularity of 3-RRUR parallel robot is more complicated,so a method to analyze the singularity of the 3-RRUR parallel robot is very necessary.First,the Jacobian matrix was built based on the differential transform method through the transfer matrixes between the poles.The connection between the position parameters and singularity condition was built through the analysis of the Jacobian matrix.Second,the effect on the singularity from the position parameters was analyzed,and then the singularity condition was confirmed.The effect on the singularity condition from position parameters was displayed by the curved surface charts to provide a basic method for the designing of the parallel robot.With this method,the singularity condition could be got when the length of each link is firmed,so it can be judged that if a group of parameters are appropriate or not,and the method also provides warrant for workspace and path planning of the parallel robot.