描述变胞机构构态变换的新表示法

针对现有构态变换矩阵不能衍生邻接矩阵和描述运动副空间位置的问题,构造了1种即可衍生邻接矩阵又可描述变胞机构运动副空间位置的构态变换矩阵,此矩阵包含杆件数、运动副数、运动副类型、运动副空间位置、连杆与运动副的连接关系等信息,不但可求出机构的自由度和构造构态变换矩阵衍生出的邻接矩阵,还可以在仅知道构态变换矩阵的情况下,逆向思维描绘出机构运动简图,通过平面变胞机构、空间机构和平面—空间变胞机构构态变换举例,说明此构态变换矩阵便于构造、信息量大、运用范围广。     

空间机构动力学分析方法的研究

在空间机构中约束运动副处的构件上建立笛卡尔直角坐标系,开发描述空间机构结构形态的符号体系,讨论杆件形状矩阵和约束运动矩阵,在运动链上连续使用变换矩阵,建立空间机构的运动方程,分析空间机构二种类型的动力学建模与分析方法,在此基础上开发空间机构动力学通用分析软件,并给出应用实例.     

基于约束函数的空间机构邻接矩阵描述与分析

针对目前空间机构结构描述和分析方法存在的不足,提出了基于约束函数和邻接矩阵的新方法。根据空间机构运动副的约束特征,定义了向量形式的空间机构运动副特征参数——约束函数及以约束函数为元素的空间机构特征参数矩阵——运动链邻接矩阵;分析了约束函数的性质;运用运动副约束函数和运动链邻接矩阵对空间机构的拓扑结构进行了描述和分析。结果表明,运动副约束函数适用于包括变拓扑结构的各类运动副,能综合描述运动副类型、级别、自由度、方位、性质等信息及其变化的情况;运动链邻接矩阵适用于各类机构的非瞬时描述与分析,能广泛描述运动链的构件数、运动副数目、类型、级别、方位、性质、机构类别、自由度、空间布局等诸多信息;示例证明了约束函数和邻接矩阵描述分析空间机构的直观性、有效性和简便性。基于约束函数和邻接矩阵的解决方案为空间机构的描述和分析提供了一种新的途径和方法。     

用拓扑特性矩阵辨识运动链的同构体及机架变换研究

基于运动链的基本环路及环路中构件、运动副的互相连接关系，建立了描述平面和空间运动链及机构的拓扑特性矩阵，对平面、空间运动链及机构的同构体辨识问题进行了研究。由于拓扑特性矩阵较常用于同构体辨识的邻接矩阵、关联矩阵等矩阵的元素少，而且可以通过比较拓扑特性矩阵的对应行列的元素直接进行同构体的辨识，因此，应用拓扑特性矩阵辨识同构体是更简便和高效的。给出了应用拓扑特性矩阵辨识同构体的方法、步骤及流程图，并给出了较典型的辨识例子（包括空间运动链），证明了该方法的正确性和高效性。同时还应用拓扑特性矩阵对运动链的机架变换问题进行了研究。     

一种并联脚踝康复机构的运动学与工作空间分析

对3-UPS/RRR并联脚踝康复机构的结构和特点进行了描述,建立了虚拟样机模型。首先利用螺旋理论计算机构自由度,确定机构运动类型,运用闭合矢量法建立机构位置反解模型,并结合瞬时螺旋运动理论求解机构速度雅可比矩阵,其次采用数值离散搜索法求解该机构的可达姿态空间,最后借助MATLAB软件对机构的运动学及工作空间进行仿真。结果表明该机构能够实现脚踝康复运动,工作空间无奇异且具有良好的动态特性。     

3-RUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

基于伪刚体模型及运动学参数的量纲一化,建立了3-RUU微动并联机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了3-RUU微动并联机构所有可能的尺寸参数组合,模型空间内的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构。结合对微操作运动性质的分析,提出了作业空间体积值、作业空间形状值及常值雅克比矩阵条件数等三种描述微动机构运动学性能的评价指标,并根据尺寸型模型及定义的性能指标绘制了反映机构性能与尺寸参数关系的性能图谱。     

一种新的描述和分析变胞机构的拓展全息矩阵

论述了描述变胞机构构态变换的矩阵表达方法,提出一种能描述变胞机构构态所有结构信息的拓展全息矩阵。通过检索该矩阵,可获得机构中运动副数、构件数、多元构件、多元复绞、多元构件结构尺寸、构件间的连接关系等所有运动链结构信息,增加拓展列表达机构的原动件及机架等运动学参数。分析了3种典型构态变换公式(构件数目增加、减少及运动副类型改变),通过一个案例论证了该矩阵和构态变换公式的正确性。提出了一种新的表达机构所有结构和运动学信息的矩阵,基于此实现了变胞机构变胞和运动学分析的程序化设计。     

液压6-DOF并联机器人的振动特性研究

将6-DOF并联机器人的液压分支作为假想的单开链,由空间机构的位姿关系建立其组成构件的局部坐标系,并利用RPY角描述方法,通过转移矩阵将各构件的刚度及阻尼矩阵依次转移到固定坐标系中,得到了系统振动的运动微分方程。通过复模态分析,求得运动平台的振动响应。结合实例研究了系统刚度随平台结构参数和姿态的变化规律,并分析了运动平台在起动时的强迫振动响应。     

变胞机构的构态变换矩阵与运动副方位变胞

针对邻接矩阵不能用于运动副方位变胞的问题,构建了一种描述变胞机构结构拓扑和构型演化的构态变换矩阵。该矩阵提供了运动链连接状况、运动副类型和运动副方位特征信息,使各类运动链都可应用该构态变换矩阵进行描述。给出了基于该构态变换矩阵的运动副方位变胞的基本原理和方法。首先构造平面运动链的构态变换矩阵,然后构造对应的带有消极自由度的平面运动链的构态变换矩阵,进而改变矩阵中某些运动副的轴线方位,构造出变胞后的运动链的构态变换矩阵,最后根据构态变换矩阵的拓扑信息,构造对应的机构结构简图,实现运动副方位变胞。实例表明,给出的构态变换矩阵结构简单,便于构造,信息量大;提出的变胞方法便捷可行。     

基于拓扑维度的机构自由度分析与选型设计

在分析机构图论现状的前提下,对机构中常用运动副、机构运动基本单元的移动基和转动基的空间活动能力进行描述定义,基于机构由构件通过关节连接而成的事实,提出一种新的构件关系拓扑图论描述方法。该描述方法以构件框、约束构件框、构件关系线、约束构件关系线、相邻构件空间相对活动能力关系为要素,对串联机构、并联机构、混联机构进行新的图论描述。基于支链空间活动能力的描述方法和运算方法,给出了一般串联、并联、混联机构的空间运动能力、自由度的求解方法。给出了基于机构目标运动能力和工作空间等级、精度等级、承载能力等级为条件的逆向设计方法,针对12种目标任务分类,对应给出了判别依据和共计324种推荐机构类型的结论 。