避免瞬时运动2T1R并联机构的拓扑综合

介绍了一类避免瞬时运动两转动一移动(2T1R)并联机构综合的详细过程.根据约束螺旋与运动螺旋之间的几何关系,找到了并联机构瞬时运动产生的拓扑规律,可以简便地判断并联机构的瞬时运动,并用于避免瞬时运动的并联机构综合.在3-RPS并联机构基础上,综合得到两种结构新颖、避免瞬时运动的两转动一移动并联机构.     

并联机构拓扑结构的字符串描述及其应用

在研究并联机构拓扑结构的基础上，提出一种新的并联构型字符串描述方法，对并联机构的支链结构、平台外形、链接方式等进行抽象描述，为并联机床构型设计数字化过程中的并联机构构型的选择、建模、综合等提供并联机构拓扑结构完备、简洁、直观的描述字符串，从而为相关的应用程序间以及人机交互提供数据交互的标准。讨论了这种描述方法在PMT—VPDS中的具体应用。     

无奇异完全各向同性2T1R型并联机构的结构综合

提出了无奇异各向同性三自由度2T1R空间并联机构结构综合的一种系统方法。得到了24种新型无耦合并联机构方案和24种完全各向同性并联机构方案。在整个工作空间内,完全各向同性并联机构的主动副速度与动平台速度之间的线性映射雅可比矩阵为3×3阶单位阵,因此机构不存在奇异现象。由于无耦合并联机构和完全各向同性机构实现了主驱动器与动平台速度的一一对应关系,从而解决了并联机构控制难的问题。给出了完全各向同性2T1R并联机构支路的构造设计原则。     

基于拓扑特征的并联机构拓扑变换

引入拓扑学理论,定义了并联机构的拓扑空间,分析了并联机构的拓扑特征;研究了并联机构的拓扑变换方法,给出了6-PSS并联机构的4种拓扑结构的几何模型,为并联机构构型的研究提供了理论基础和创新方法。     

一种新型3T1R并联机器人的拓扑结构设计及运动学分析

提出了一种新型三平移一转动并联机器人。采用方位特征理论(POC)分析了机构的拓扑结构特征,运用Yang-Sun方法计算机构的自由度并确定了机构的运动特征。建立了运动学模型,根据构件的空间几何关系,列出了该并联机构的运动学方程。求出机器人的位置反解和正解。该方程也为该机构作进一步的运动学动力学及优化设计研究打下基础。     

并联机构位形空间的拓扑结构研究

采用微分拓扑和微分流形为数学工具,分析了并联机构位形空间的拓扑结构特点,阐述了位形空间奇异点与拓扑结构的关系,并以典型的平面和空间并联机构为例进行了具体地分析。     

一类新型的并联机构

论文介绍了5项专利所涉及到的4种二自由度并联机构和一种三自由度的并联机构,这些机构都具有移动质量轻、高精度、高刚度、结构简单等优点。     

一种单自由度3T1R并联机构的拓扑设计及其运动学

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和拓扑降耦设计方法,设计了一种新的少输入-多输出（Fi-Mo）型单自由度三平移一转动（3T1R）输出的并联机构,对其拓扑特性进行了分析,给出了该机构的方位特征集、自由度及耦合度κ;根据基于序单开链的运动学建模原理,给出了该机构的位置正解求解方法及其数值解;同时导出了其位置反解求解公式及机构的速度与加速度公式,并进行了速度与加速度的仿真。最后给出了该机构可用作并联振动筛的3D虚拟样机设计。研究结果为该类单自由度3T1R型并联振动筛机构的尺寸优化设计、样机研制打下了基础。     

基于方位特征方程的3T-1R并联机构的拓扑结构综合

以SCARA并联机器人的发展为背景,用提出的基于方位特征（POC）方程的并联机构结构综合方法,详述可实现三维平动和一维转动（3T-1R）的并联机构拓扑结构综合的完整过程,给出了13种拓扑结构类型（包括现有的3种SCARA并联机器人构型）及其分类,从中还可进一步衍生出具有实用价值的新机型。基于POC方程的并联机构结构综合方法,每一步都有确定的公式或准则,思路清晰、操作方便。     

空间2T1R型并联机器人机构的设计与运动学分析

提出一种新型3自由度空间并联机器人机构,该机构由动平台、定平台和联接两平台的3条结构不同的分支运动链组成,机构动平台具有二维移动一维转动(2T1R)自由度。通过将动平台退化为末端操作器和机构3条分支运动链排列次序的调整,演化出另外两种新型2T1R并联机器人机构,且演化后的机构末端操作器具有更高的转动性能,能实现360°回转。基于螺旋理论对所提出机构的自由度进行了分析和计算,推导出机构的运动学解析解,包括位置、速度和加速度。由于机构雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1,故此类并联机器人为完全各向同性机构。     

并联运动机械结构综合及其优化设计研究的最新进展

综合评述了以德国为主的欧洲工业国在并联运动机械结构综合与设计方面的最新研究成果与进展,内容涉及：针对实际应用背景提出新机型并进行了设计;通过研制设计分析仿真软件,针对某种并联运动机械机型进行了结构综合改进与优化、尺度综合和优化以及性能评估与改善等工作;进一步地,在大量实践与理论探索的基础上,较系统地提出用于开发混合运动机械、冗余并联运动学以及可重构并联运动机械的设计方法学,这些内容都是并联运动机械设计研究领域内富有创造性的成果。

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两转一移冗余驱动并联机构构型综合新方法研究

在铣削、钻铆、焊接等领域需要2R1T三自由度执行机构,特别是在高刚度、大工作空间、良好驱动稳定性等场合需要引进冗余驱动来改善2R1T并联机构的性能,为此基于Grassmann线几何和图谱法提出了一种系统有效且简单实用的2R1T冗余驱动并联机构构型综合新方法。根据机构的运动模式确定动平台的自由度线图,然后根据对偶法则得到动平台约束线图,通过在动平台约束线图增加冗余线得到冗余约束线图及其等效线图,根据支链约束分配原则将其分为7种方案;采用图谱法基于约束方案构造相应支链,并根据支链选取和配置准则综合机构的初步构型,每种方案分别综合了12、67、96、0、12、48、16种新构型,共综合出251种新构型,其中包含了一些文献所提出的2R1T冗余驱动并联机构;通过图谱法对已综合机构进行瞬时性分析,发现方案1和方案2所综合机构具有瞬时性,提出将该类机构中的一对平行力约束共轴布置的改进方法可消除其瞬时性,通过瞬时性分析验证该综合方法的可行性和合理性。该方法同样适用于4、5、6自由度冗余驱动并联机构构型综合。     

一类新型六自由度并联机构及其结构分析

对一类新型六自由度并联机器人机构的结构组成及其结构特性（包括机构运动自由度计算、运动输出特性、运动学与动力学复杂性、输入-输出运动控制解耦性、驱动器可配置性等）进行了详细的分析,为其运动学和动力学分析、机械结构设计及其在虚拟轴机床、坐标测量机、娱乐运动平台和机器人等并联运动装备中的潜在应用打下基础。     

无耦合完全各向同性1T1R并联机器人机构构型综合

基于螺旋理论对具有无耦合、完全各向同性特点的1T1R并联机构进行了构型综合,综合的并联机构采用支链独立驱动原则,即并联机构的输出运动是由独立的输入驱动提供的。首先根据期望1T1R并联机构的运动特征(沿Z轴的移动和绕Z轴的转动)和完全各向同性并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;其次根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据约束螺旋理论依次取出两条支链连接动平台和定平台得到并联机构。通过这种方法得到大量无耦合完全各向同性1T1R并联机构。最后对综合出的一种并联机构进行了运动学分析,验证了构型方法的正确性。     

基于单开链的纯转动三自由度并联机器人机型设计方法

基于有序单开链理论与方法，提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程；给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型；按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入一输出控制解耦性、拓扑对称性等特性，对所得到纯转动三自由度并联机构进行分类，依不同设计要求，推荐优选机型。     

基于结构降耦的一类低耦合度新型3T1R并联机构的拓扑设计

四自由度的可实现SCARA型（三平移一转动）输出运动的并联机构,与三自由度的Delta机构相比,因其本身的拓扑结构复杂,导致运动学正解以及动力学计算复杂,从而使其新机型的研究和开发应用相对困难;而降低这些机构的耦合度（简称结构降耦）可直接降低机构运动学、动力学求解的难度。根据笔者提出的机构结构降耦方法,对笔者最近提出的一类5个耦合度值κ为2且具有较好实用价值的SCARA型新型并联机构进行了结构降耦优化,得到了耦合度较低（降为κ=1）但自由度和动平台输出运动类型均保持不变的10个SCARA新机型,而这10个低耦合度（κ=1）机构的运动学正解及动力学正反解,可用一维搜索法方便求得数值解,或从易导出的1个一元高次代数方程求得封闭解,为其进一步构型拓扑优化、设计及应用研究奠定了基础。