3-RRS球面并联机构的静刚度分析

3-RRS机构是三自由度球面并联机构3-RRR的新构型之一,可作为人形机器人仿生肩关节的原型机构,因各支链的构件为球面上的曲杆,其刚度计算十分复杂.采用(杆件)变形法与小变形叠加原理,推得机构动平台的角位移、球心点线位移;利用机构静力学计算的结果,即各支链两构件上的力与动平台上外载荷的关系,建立了机构动平台上(球心点的)的位移与外载荷关系,进而求得机构的整体柔度、刚度矩阵;采用正交变换使刚度矩阵对角化,得到机构的6个主刚度指标及其所在的方向.研究结果为该机构的工程设计和应用提供了理论基础.     

2-RRR+RRS球面并联机构的静刚度分析

基于计算杆件变形方法及小变形叠加原理,推导2-RRR RRS机构动平台的角位移、球心点线位移与机构各支链构件上的力的关系.依据静力学分析的结果,即支链构件上的力与动平台上的外载荷的关系,建立机构的动平台上球心点的位移与外载荷关系,进而得到机构的整体柔度、刚度矩阵.通过正交变换,得到了机构的6个主刚度指标及所在的主方向.分析与计算结果表明,主刚度在三个主方向上较大、另三个方向则较小,且差值巨大.零点附近刚度较小、离零点越远刚度越大.而刚度数量级(值)比3-RRs大、比3-RRR小,证明了过约束使机构刚度增大.为该机构的工程设计和应用提供理论基础.     

3-RRS球面并联机构的静刚度分析

3-RRS机构是三自由度球面并联机构3-RRR的新构型之一,可作为人形机器人仿生肩关节的原型机构,因各支链的构件为球面上的曲杆,其刚度计算十分复杂。采用（杆件）变形法与小变形叠加原理,推得机构动平台的角位移、球心点线位移;利用机构静力学计算的结果,即各支链两构件上的力与动平台上外载荷的关系,建立了机构动平台上（球心点的）的位移与外载荷关系,进而求得机构的整体柔度、刚度矩阵;采用正交变换使刚度矩阵对角化,得到机构的6个主刚度指标及其所在的方向。研究结果为该机构的工程设计和应用提供了理论基础。     

3自由度球面并联机构3-RRR静力全解

采用传统的拆杆法建立机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立机构的变形协调补充方程,进而完成3自由度球面并联机构的静力学分析.求得包括机构输入与输出载荷关系的每个构件上的全部力、力矩.通过计算,得到在三种外载荷下构件上的全部(各)力、输入转矩与机构运动位姿的关系图.结果表明,当作用在机构的外力(仅)F通过球心时,机构的输入力矩恒等于零,而构件上的力在全空间内随着机构位姿的变化比较平缓,机构等价一般结构架体而与机构的特性无关.仅在外力矩M作用下,机构的输入力矩、构件上的作用力随着机构位姿的变化与机构的特性相关(与雅可比矩阵的奇异性一致),力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的,并可以分离.研究为该机构在工程中的结构设计与应用提供静力学理论基础和依据.     

3-RRR平面并联机构刚度分析

刚度是并联机构重要性能指标,为了评价并联机构刚度,提出了一种刚度评价方法.基于3-RRR机构的逆运动学模型,推导出其雅可比矩阵.在力雅可比矩阵的基础上,给出了刚度评价指标,该指标不仅适用于3-RRR并联机构,而且可以应用于其它并联机构.将提出的刚度指标应用于3-RRR并联机构,数值仿真结果表明3-RRR机构在工作空间中具有对称的刚性.     

4-RRS冗余球面并联机构的静力学与刚度分析

为提升球面并联机构的承载能力,提出一种4-RRS冗余球面并联机构。给出4-RRS冗余球面并联机构的构型设计。然后,建立机构的静力学模型。在锁定驱动关节的情况下,通过互易积运算求解支链作用于动平台上的反螺旋力系。基于建立的静力学模型,得出了各个关节的受力情况和各条支链的变形情况。以实例求解了冗余和非冗余情况下,支链关节受到的最大力和力矩。冗余时支链关节受到的最大力和力矩小于非冗余的情况。对机构进行刚度分析。构造机构的柔度矩阵,得出动平台中心点在受力时的广义位移。以实例对比冗余与非冗余机构的刚度与受力性能,得出了冗余时动平台的广义位移小于非冗余的情况。     

柔索牵引并联机构的静刚度分析

对柔索牵引并联机构的静刚度进行分析,推导静刚度的一般理论计算公式。结果表明,柔索牵引并联机构的静刚度矩阵可分解为两项:k1是动平台位姿变化产生的静刚度,与索张力相关;k2是索的位形变化产生的静刚度。柔索牵引的完全约束定位机构(Completely restrained positioning mechanism,CRPM)或过约束定位机构(Redundantly restrained positioning mechanism,RRPM),其静刚度主要取决于k2,仅与索的弹性性能和索力作用的雅可比矩阵相关,而与索张力的大小无关。对于柔索牵引的欠约束定位机构(Incompletely restrained positioning mechanism,IRPM),由于柔索悬链线的影响,其静刚度不仅与索的弹性性能和雅可比矩阵相关,而且与索张力的大小有关。通过一平面3自由度RRPM的算例和代表IRPM的500m口径球面射电望远镜馈源悬索支撑系统的静刚度比较分析,证明了关于静刚度理论计算模型的有效性。     

一种少自由度并联机构静刚度研究

并联机构,尤其是用于机加工的并联机床都需要很高的刚度要求,因此建立其刚度模型就显得尤为重要。现有的刚度建模方法多是基于集中刚度模型,但是该方法的物理意义不够明确。基于螺旋理论建立了一种少自由度并联机构的刚度模型,该方法将驱动刚度和约束刚度区别对待,物理意义明确。通过计算并联机构空间自由度,并利用螺旋方程的反螺旋解法,得出并联机构的运动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,经组合得到少自由度并联机构的完全雅可比矩阵,从而建立了其静刚度模型。建立的静刚度模型可以作为少自由度并联机构的性能评价指标,同时又可以为分析其他过约束的少自由度并联机构提供理论支持。     

球面3自由度并联机构的正解分析新方法

机构的正解在并联机器人研究域是一个具有挑战性的问题,长期以来人们在这方面做了很多的研究。球面3自由度并联机构是一种有重要应用的机构,如同一般并联机构,其反解容易而正解困难。利用两点间距离在不同坐标系下不变的原理作为约束条件建立约束方程,对球面3自由度并联机构进行位置正解分析,得出了正解的封闭解形式,因为引入了一次半角公式,所以其最终方程是最高次数为16的一元多项式。运用反解的方式对其进行了数值验证,证明该正解分析是正确的。     

3-（2SPS）并联机构静刚度分析

结合并联机构的位移方程,给出了机构的三阶逆雅可比矩阵以及考虑微小运动时的六阶逆雅可比矩阵。从动平台所受作用力和发生位移的关系角度,建立了刚度模型,并给出了机构静刚度的度量指标。通过相关计算分析了机构的主要结构参数对刚度的影响,以及机构在工作空间的刚度情况。通过对绘制的相关曲线图进行分析,评定了机构参数的影响范围,优化了部分参数,并为机构的精度分析提供了理论基础。     

面向控制的3-RRR球面并联机构正运动学实时解法

以经典牛顿法为基础 ,针对 3 - RRR球面并联机构的机构学特点及控制中的特殊要求 ,提出了面向控制的高效迭代算法。利用机构运动连续性条件划分不同的控制阶段 ,当机构处于连续运动状态时 ,迭代结构中使用固定雅可比矩阵进行运算 ,缩短了单步迭代时间 ;当机构处于非连续运动状态时 ,使用变步长策略 ,引入调整量系数 ,抑制了大偏置初值带来的求解振荡。给出的算例证明 ,应用上述策略的正运动学求解算法兼顾了较大范围的收敛性与局部求解的快速性 ,运算速度满足控制过程的实时性要求。该方法同样适用于其它少自由度并联机构的正运动学求解。     

一种新型三维平动并联机构及其位置分析

对一种新型的三平动自由度并联机构3-PRUR进行了研究。首先,使用螺旋理论确定了该机构的自由度和可能的运动;然后,根据机构的特点求得该机构的位置反解;接着使用Bezout消元法求得该机构的位置正解;最后,提供了一个数值实例,该实例证明了位置正反解的正确性。     

一般并联机构的刚度范围分析

并联机构的雅可比矩阵表示机构输入速度和输出速度的线性关系。根据刚度的定义,利用虚功原理,可以导出并联机构关节力与相应的广义操作力之间的关系,进而推导了一般并联机构在某位姿时刚度的标量指标。同时确定出此时并联机构刚度的范围。接着以两种常见的一般并联机构为例,比较了它们在相同位姿时的刚度,为并联机构的构型设计和优化提供了依据。     

柔性平行导向机构的静刚度分析

柔性机构是一种新型机构。作为一类最简单的柔性机构 ,柔性平行导向机构被广泛应用在精密定位场合。由于在精密操作中要求机构具有很高的定位精度 ,而机构的静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对静刚度分析的重要作用以及目前对机构静刚度分析中存在的不足 ,采用结构分析中的柔度矩阵法建立了一种新的用来分析机构静刚度的理论模型。其结果相对原有模型更接近有限元仿真的结果     

二自由度球面并联机构UP+R静力学分析

采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表明,仅在外力作用下,机构的输入力矩恒等于零,构件上的力随机构位姿的变化比较平缓,仅在外力矩作用下,机构的输入力矩、构件上的力随着机构位姿的变化与机构的特性相关。力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的,并可以分离。研究结果为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础和依据。     

2-RRR+RRS球面并联机构超静定力学全解

针对2-RRR+RRS球面并联机构,利用拆杆法建立其4次超静定的静力学平衡方程;考虑构件弹性,利用小变形叠加原理,建立机构的4个变形协调方程。基于所建方程,利用MAPLE软件分析求得在不同输入力和力矩情况下,机构构件所受力与机构位姿关系曲线图,明晰了不同外力或外力矩输入情况下对机构影响的差异。研究结果为该机构的工程设计及实际应用提供了静力学理论基础和依据。