杆系机构的可动性和运动分岔分析

考察了杆系机构的可动性和运动分叉点的判别准则,建立了杆系机构的精确运动控制方程.杆系的可动性在数学上被抽象为满足运动连续性前提下的控制方程非零解的存在性判别,从理论上说明了平衡矩阵准则中的机构位移模态数大于零仅是杆系可动性判别的必要条件,但并不充分.基于对协调方程的高阶项分析表明,如果一阶机构变形的残余伸长量与自应力模态构成的向量空间正交,则可动性条件必然满足.证明了线性协调矩阵的零奇异值与机构位移模态的等效关系,解释了其可作为运动分岔点跟踪的理论原因.阐明了机构分岔路径的性质还必须根据高阶协调条件来判定.     

平面四杆机构函数综合的研究

提出了平面四杆机构函数综合的从动杆转角曲线法和相对位移矩阵法。在研究从动杆转角曲线和相对位移矩阵的基本特征后 ,再对平面四杆机构进行函数综合。     

Tricept并联机构的奇异性分析

奇异性是并联机构的固有属性,对机构的工作性能会产生不良影响,针对确定的并联机构应找出它的奇异位形.本文对驱动器分别布位于主动支链移动副和胡克铰2个转动副的3种驱动形式的Tricept并联机构的奇异性进行了分析.首先基于螺旋理论推导了机构各支链的运动螺旋系,利用互易积获得约束子矩阵和运动子矩阵,以此为基础建立了机构的完整雅克比矩阵.根据完整雅克比矩阵及线几何理论分析了Tricept并联机构的位形奇异条件,给出了3种驱动形式下Tricept并联机构的奇异位形,并分析了机构在奇异位形处的运动特征.     

杆系可展开结构静动定特性及几何稳定性探讨

杆系可展开结构是一种新型空间结构形式,结构的刚性是其工程设计的关键.阐述了这种结构的基本特征,讨论了杆系铰接体系静动定分类方法,并引用线性理论中过定的概念明确了体系分类的力学含义.采用平衡矩阵的奇异值分解方法确定体系的静动定参数、独立自应力模态和机构运动模态.对几种典型的杆系可展开体系的分析表明:体系为实现展开功能而具有不同的机构状态.折叠结构需要附加约束来满足结构刚性要求,而张拉整体结构内在的一阶无穷小机构使其具有了承载能力.     

平面铰链五杆机构的奇异性研究

推导了平面铰链五杆机构的雅可比矩阵,得出机构处于奇异位置时的姿态,并给出了避免五杆机构奇异的方法:当五杆机构雅可比矩阵的行列式det(J)=0时,可使规划的轨迹远离工作空间的边界,避免该种奇异;当五杆机构雅可比矩阵的行列式det(J)→∞时,可选择合适的机构尺寸、合适的机构位姿形式或使规划的轨迹不通过奇异轨迹避免机构奇异.开发了五杆机构奇异轨迹的仿真软件,为五杆机构的设计提供了依据.     

混合驱动二自由度并联机构的动力学优化设计

基于Kane方法对混合驱动二自由度五杆机构建立了动力学方程,在此基础上进行了动力学逆问题的分析,探讨了影响主驱动功率和辅助驱动功率的因素.实现一组椭圆轨迹为实例,以混合驱动二自由度五杆机构辅助运动最大瞬时的驱动功率最小优化目标函数,无条件双曲柄的杆长条件约束条件,采用遗传算法进行了动力学优化设计,得到了主驱动功率与辅助驱动功率之间的最佳匹配关系.为实现混合驱动二自由度并联机构综合性能最优以及系统的最优控制了基础.     

空间五杆RCRCR机构的位移分析

为了对空间五杆RCRCR机构的位移分析进行研究,采用对偶数矩阵进行数学建模,建立封闭方程.首先引入3×3酉交矩阵和欧拉公式,使部分对偶矩阵对角化;然后寻找关系式,分解对偶数的初级部和对偶部,通过符号计算,导出一元四次输入输出方程;最后求出其余变量.数字实例验证结果表明,空间五杆RCRCR机构的位移分析的解析解的个数是4,方法是正确的.     

二维微动平台柔性机构动力学建模与分析

提出一种基于并联柔性机构的两自由度平动解耦并联微动平台.平台采用复合双平行四杆柔性机构模块，采用结构对称约束消除轴间耦合和寄生位移的产生，实现X,Y方向的平动.采用刚度矩阵法对该并联柔性机构进行理论分析，根据观察法建立微动工作台的整体刚度矩阵，得到系统的运动微分方程，推导出系统各阶固有频率.采用有限元分析法对微动工作台进行模态分析，得到微动工作台的固有频率和振型.经过理论分析、有限元计算和试验测试，并对结果进行对比，结果的一致性说明理论分析的正确性和刚度矩阵分析的有效性.     

3-PRRU并联机构的解析雅可比矩阵

并联机构的雅可比矩阵将驱动关节的速度映射为动平台的线速度和角速度,是并联机构性能分析和设计的重要工具.为建立3-PRRU并联机构的完整雅可比矩阵,首先运用螺旋理论分析各分支,通过求出各分支的反螺旋系建立约束雅可比矩阵,该矩阵为3×6阶长方阵;然后锁定并联机构的驱动副后再求出各分支螺旋系的反螺旋系,可求出3×6阶驱动雅可比矩阵;最后综合这两个矩阵得到3-PRRU并联机的6×6阶雅可比矩阵.该矩阵可反映出机构的所有奇异.     

凸轮机构从动件组合运动规律的研究

分析了常用运动规律之间的组合方法,讨论了从动件运动规律为离散化位移线图时的运动规律组合方法,提出了用一般多项式作组合运动规律的过渡运动曲线,避免凸轮机构运动规律出现速度和加速度突变的新方法。     

铰接杆系机构稳定性条件分析

基于能量准则,讨论了铰接杆系机构的稳定性问题.通过分析体系切线刚度矩阵解析表达式的构成,阐明了机构的稳定仅来源于可行内力（预应力或外荷载效应）的强化,严格证明了经典预应力机构的稳定性判别准则,其等同于系统势能二阶变分的正定性条件,同时指出该准则的不完善性.针对荷载强化机构的稳定问题,提出了相应的稳定性判别准则并辅以算例说明.最后对几何稳定性问题的实质、结构和机构的定义以及机构稳定性的必要条件等问题进行了相关讨论.     

变胞机构结构变换的位移子群描述方法

为了对变胞机构的构态进行分析,提出了变胞机构结构变换的位移子群描述方法.给出了相邻和非相邻构件合并变胞的位移子群表示和计算方法以及变胞变换的位移子群矩阵表示和计算方法.提出了1个8-SSSS空间并联变胞机构,并将该并联变胞机构的结构变换过程采用位移子群和位移子群矩阵方法进行表示和计算,进一步验证了所提方法的正确性和有效性.新方法不但使变胞变换问题转换为位移子群的表示和计算问题,而且使变胞机构结构变换描述方法由拓扑结构拓展到了几何结构.     

基于弧长法的平面连杆机构运动分析

将弧长法应用于平面连杆机构的运动解析,使得体系运动路径和形态稳定性跟踪可统一求解.基于有限元法,建立以驱动杆件伸长量为控制变量的连杆机构运动分析基本方程.提出弧长法求解体系运动路径的基本策略,并通过监测体系切线刚度矩阵最小特征值的变化来跟踪运动形态的稳定性.阐述了精确定位运动路径中奇异点的计算方法以及判别奇异点是否为运动分岔点的准则.进一步通过增加约束条件并修改控制方程,实现分岔路径的跟踪.将一采用“机构法”施工的柱面网壳简化为平面连杆机构,根据基于弧长法的机构运动分析方法分析了不同分段、不同吊索布置情况下机构的提升形态特点.计算结果表明：该弧长法计算策略能够有效实现平面连杆机构的施工路径模拟和临界状态的判别.     

空间转动型3-SPS/S并联机器人的构型设计分析

根据盾构管片安装机器人拼装隧道管片时位姿调整的需要,运用系统枚举法构造了空间纯转动型3-SPS/S并联机构作为管片安装机器人的位姿调整机构,在对该机构进行位置、速度求解的基础上建立了机构的雅可比矩阵,提出并采用可操作度指标对机构的运动特性进行了分析研究。结果表明,该三维转动型并联机构能够实现管片姿态调整的运动要求,具有良好的可操纵性。     

基于Groebner平面两自由度七杆机构位置分析的符号解

借助Groebner基法和计算机符号处理技术，对平面两自由度七杆机构位置分析问题进行了符号求解。该法通过对变量排序，建立多项式对的集合，求SP多项式，约简等运算，将一组非线性方程组化简为等价的三角化方程组，导出了单变量的8次代数方程，得到了封闭形式的解析解，并给出了具体数值实例。     

空间三自由度柔顺并联机构设计与仿真分析

刚体替换法是柔顺机构设计重要方法之一。基于刚体替换理论,选取合适的空间机构构型,选用合适的柔性铰链替换刚性运动副,依据KutzbachGrubler理论计算空间并联机构自由度,进而设计了一种三自由度柔顺并联机构微动平台。利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对柔性支链和微动平台进行位移和应力分析,并得到动平台输出端节点位移数据,验证了三自由度柔顺并联机构的运动精度满足设计要求。通过分析获得的参数为多自由度柔顺并联机构优化提供了参考,同时可为多自由度柔顺并联机构设计提供借鉴。     

基本信标计算的一种快速算法

提出一种基于二分法搜索原理计算基本信标的高效算法．如果网的特征T-向量矩阵非行满秩,则将其按行一分为二．以同样的方法处理新得到的子矩阵,直至得到的子矩阵行满秩,则该矩阵对应的信标全为基本信标．以这些基本信标为基础,递归搜索其余子矩阵,最终得到全部基本信标．该算法与顺序搜索法相比较,矩阵求秩的次数大为减少．对Petri的一个子类——一个拥有资源的简单加工进程的线性系统(LS³PR)网系统来说,该算法是一个多项式算法,并通过一系列算例验证了该算法的效率．     

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…     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明：该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。