基于构型演变和李群理论的2T2R型四自由度并联机构型综合

基于构型演变和李群理论提出一类2T2R型四自由度并联机构型综合的系统方法。将6R平面机构某构件两端的R副替换为U副,并添加2条具有六自由度的支链SPS,演变成一个空间并联机构2RRU-2SPS;运用李群理论,综合出等效支链,构造一类2T2R型四自由度并联机构。对一种新型2RPU-2SPS机构,运用单开链法进行自由度的计算和主动副的选取,结果表明所提出的型综合方法正确可行。     

利用约束螺旋理论综合的空间对称2-DOF并联机构

首先按运动功能对两自由度空间并联机构进行分类,得到了空间2Ryz型（绕y轴和z轴转动)和1Rz1Tz型(绕z轴转动和沿z轴移动）的两自由度机构;给出了两类并联机构的分支约束螺旋系和机构约束螺旋系,以及保证所有分支约束螺旋的合成是期望的机构约束螺旋系的几何条件。对这两种空间并联机构运用约束螺旋综合理论进行系统的型综合,得到了可实现连续运动的具有绕定平台平面内两轴转动的并联机构以及沿着定平台法线方向移动和绕其转动的两自由度并联机构;得到了两自由度并联机构各种类型的分支链结构,以及两类机构的结构约束特性。将少自由度对称并联机构类型由原来的9类扩充到11类,丰富了机构类型。     

三平移并联机构的尺度综合

基于逆向思维提出了一种满足工作空间要求的三平移自由度并联机构的尺度综合方法。在工作空间已定的前提下,给出了并联机构,通过运动学反解的方法确定并联机构的结构参数的方法,最后在确定杆长以后通过运动学正解的方法验证了并联机构的工作空间。     

基于螺旋理论的3T1R完全解耦并联机构型综合

利用螺旋理论和独立驱动原则对3T1R类完全解耦并联机构进行型综合。首先根据期望3T1R完全解耦并联机构的运动特征(沿X、Y、Z轴方向的移动和绕Z轴方向的转动)和完全解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;然后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,根据支链连接度的不同,可以配置支链的所有可能构型;最后根据并联机构运动原理依次取出四条支链连接动平台和定平台得到3T1R完全解耦并联机构。综合的并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景。     

伺服冲床主传动机构构型及运动学优化设计

伺服冲床是一种高速高频高精的新型板材冲压机床,其主传动机构构型、尺寸、性能直接影响冲床的精度、效率、冲压力等主要工作性能参数。通过分析现有机构构型,对伺服冲床主传动机构进行构型设计,并分析两种不同类型的机构特点。总结目标函数法和性能图谱法两种优化方法的特点及适用情况,提出基于目标函数法的冲床主传动机构优化目标函数,并采用两种优化设计方法分别对两类主传动机构进行尺度综合,验证了不同类型机构的特点。该研究对伺服冲床主传动机构构型及优化设计提供了思路及方法。     

3T-2R五自由度并联机构的型综合

基于单开链单元的并联机构结构组成原理,提出了一些三平移两转动五自由度(3T-2R 5-DOF)的新的单开链。使用拓扑结构的设计原理和方法,全面综合了3T-2R 5-DOF并联机构的机型,得出了一些新机型。所有机型都满足主动副配置在静平台上的要求,便于控制。分析了机型的主动副的配置及其耦合度等基本特征,通过ADAMS软件验证了机型的正确性,并将研究结果列于表中。这些机型具有更强的实用性,它们为三平移两转动机型的优选提供了参考依据。     

一种四自由度混合型并联平台机构的工作空间分析

对 3 TRT/SPS四自由度混合型并联平台机构进行了分析研究。根据 3 TRT/SPS机构的位置反解方程 ,应用优化方法 ,确定了机构工作空间的边界 ,对机构工作空间的形状和体积的大小进行了分析计算 ,并讨论了机构参数对工作空间的影响。     

基于李群理论的并联码垛机器人构型综合

码垛机器人是一种用于生产线上物料堆垛与机床上下料的机器人,现有的码垛机器人多采用串联结构,而串联结构又具有误差累计大、刚度差、精度差等缺点。并联机构是一种动静平台通过多条支链联接而成的机构,具有刚度大、误差累积小、负载能力强等优点,将并联机构引入码垛机器人领域有望解决现有的串联码垛机械手的误差累积大、刚度差等问题。而现有的并联机构还未成熟,尤其是可用于码垛行业的构型明显不足。采用李群理论进行了并联码垛机器人的构型综合,获得了多种能满足搬运码垛任务的并联机构。     

双重驱动四自由度并联机构型综合

高精度、大工作空间的机器人系统推动了精密操作工程的发展,宏、微操作手直接串联构成的机器人系统由于体积大,适用性在一定程度上受到了限制,因此开发体积小的宏/微机器人机构具有重要的意义.双重驱动并联机构本质上是两个具有相同自由度数目并联机构的集成,其结构简单、紧凑,灵活性更高,工作空间更大,可以用来开发体积小的宏/微操作机器人.基于螺旋理论,提出了双重驱动四自由度并联机构型综合的方法.作为示例,综合了三移一转四自由度双重驱动并联机构,得到了一些新型的双重驱动四自由度并联机构.     

两移动三转动混联机构型综合

基于GF集理论提出一种系统有效的串联、并联混联机构型综合方法。首先介绍GF集的基本概念、运算法则,以及转动特征存在条件。然后通过分析混联机构结构的组成特点,基于GF集元素组合和转动轴线迁移定理,提出了设计混联机构型综合方法,根据机构的拓扑结构和结构参数之间的关系,建立了混联机构数综合方程,给出了混联机构型综合的具体步骤。之后根据混联机构型综合理论,完成了具有2T3R混联机构运动特征的构型设计,得到了大量新构型。最后,针对综合出的一种2T3R混联机构,通过混联机构末端分析方法,验证了所设计出混联机构的运动特征,从而证明了构型综合方法的正确性。     

螺旋理论在并联机构中的应用

螺旋理论是研究高等空间机构学较为简便的一种数学方法,它是在线性代数的基础上发展起来的。文中介绍了螺旋理论在并联机构自由度分析、反螺旋求解、型综合等方面的应用,并且通过具体数值算例来验证了该方法的可行性、简便性以及优越性。最后可以清晰地总结出螺旋理论是诸种研究并联机构学中最实用的工具。     

一种新型4自由度高速并联机械手动力尺度综合

研究一种可实现SCARA运动的新型4自由度高速并联机械手动力尺度综合方法。简要阐述该机构中由可变菱形动平台和齿轮增速机构生成绕z轴转动的传动原理。在建立运动学和刚体动力学模型基础上,利用直接和间接雅可比代数特征构造出两类可用于描述运动/力在链内和链间传递能力的压力角,并提出一种基于单轴最大驱动力矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在满足工作空间与机构尺度比、可装配条件等几何约束和运动学性能约束下,综合出一组可使得系统刚体动力学性能全域最优的尺度参数,并利用Adept拓展轨迹预估出电动机参数。     

三平移弱耦合并联机器人机构机型及位置精度分析

针对基于混合单开链的三平移弱耦合并联机器人机构机型设计的一种新方法，阐述了动平台可实现三平移的实用新机型的设计过程。基于并联单开链求交思想，给出了静平台上三个转动副为主动副、具有弱耦合的多种新的基本机型。针对该类机构建立运动学模型和误差模型，研究了影响该类机构并联机器人操作器精度的因素，由于该类机构具有弱耦合特性，使得用软件方法提高机构精度值变得方便易行。运用正交网格方法分析了各杆长及参数对末端精度的影响程度，找到了影响该机构误差的主要因素，为提高该类并联机构机器人末端输出精度提供了依据，具有很大的实用价值。     

三转一移解耦并联机构型综合

通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原则和螺旋理论提出了三转一移(3R1T)解耦并联机构构型综合方法。首先,基于解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以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,根据支链连接度的不同,可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据解耦并联机构分支组合原则,依次选取四条支链连接动平台和定平台,得到3R1T解耦并联机构。综合的解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,属于解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有一定的应用前景。     

Innovative group-decoupling design of a segment erector based on G F set theory

The segment erector is a key part of the shield machines for tunnel engineering. The available segment erectors are all of serial configuration which is suffering from the problems of low rigidity and accumulative motion errors. The current research mainly focuses on improving assembly accuracy and control performance of serial segment erectors. An innovative design method is proposed featuring motion group-decoupling, based on which a new type of segment erector is developed and investigated. Firstly, the segment installation manipulation is analyzed and decomposed into three motion groups that are decoupled. Then the type synthesis for the 4-DOF motion group is performed based on the general function(GF) set theory and a new configuration of (1T?1R?1PS&3UPS) is attained according to the segment manipulation requirements. Consequently, the kinematic models are built and the reducibility and accuracy are analyzed. The dexterity is verified though numerical simulation and no singular points appear in the workspace. Finally, a positioning experiment is carried out by using the prototype developed in the lab that demonstrates a 13.1% improvement of positioning accuracy and the feasibility of the new segment erector. The presented group-decoupling design method is able to invent new type of hybrid segment erectors that avoid the accumulative motion error of erecting.     

一类2自由度n-4R并联指向机构的运动学分析

研究一类具有2个转动自由度的n-4R并联指向机构。这类机构具有3条以上的4R支链,在其运动过程中始终存在一个对称面,动、基平台以及各支链的上、下连杆所处平面关于此面对称。从其几何对称特性出发,通过用方位/倾角参数描述机构的姿态(指向),推导出这类机构简洁、统一的运动学模型。在此基础上,分别讨论该类机构伴随运动、工作空间与奇异位形,总结几何结构参数对运动性能的影响。通过一阶运动影响系数在工作空间中的分布研究机构的各向同性,据此对驱动支链的分布进行优化。所得结论可用于指导这一类并联指向机构的设计。     

新型2自由度并联平动机构构型及运动性能

基于3-UPU并联机构的奇异位形,提出了一种可绕圆周平移运动的新型平动机构,并利用该平动机构构造了两种姿态保持恒定的新型2自由度并联平动机构。分析了其中一种新型2自由度并联平动机构的位置正反解、速度雅克比矩阵。用无量纲参数建立该2自由度并联平动机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了2自由度并联平动机构所有可能的尺寸组合,模型空间中的任意一点代表具有相同或相似性能的同一族机构结构。基于2自由度并联平动机构的全条件数指标和尺寸型模型,绘制了反映尺寸参数组合与其运动性能关系的性能图谱。     

Type synthesis of 4-DOF parallel kinematic mechanisms based on Grassmann line geometry and atlas method

Many methods are proposed to deal with the type synthesis of parallel kinematic mechanisms（PKMs）, but most of them are less intuitive to some extent. Thus, to propose a concise and intuitive type synthesis method for engineering application is a very challenging issue, which should be further studied in the field. Grassmann line geometry, which can investigate the dimensions of spatial line-clusters in a concise way, is taken as the mathematic foundation. Atlas method is introduced to visually describe the degrees of freedom（DOFs） and constraints of a mechanism, and the dual rule is brought in to realize the mutual conversion of the freedom-space and constraint-space. Consequently, a systematic method based on Grassmann line geometry and Atlas method is generated and the entire type synthesis process is presented. Three type 4-DOF PKMs, i.e., 1T3R, 2T2R and 3T1R（T： translational DOF; R： rotational DOF）, are classified according to the different combinations of the translational DOFs and rotational DOFs. The type synthesis of 4-DOF PKMs is carried out and the possible configurations are thoroughly investigated. Some new PKMs with useful functions are generated during this procedure. The type synthesis method based on Grassmann line geometry and Atlas method is intuitive and concise, and can reduce the complexity of the PKMs＇ type synthesis. Moreover, this method can provide theoretical guidance for other PKMs＇ type synthesis and engineering application. A novel type synthesis method is proposed, which solves the existing methods＇ problems in terms of complicated, not intuitive and unsuitable for practical application.     

三自由度平面并联机构位姿分析

并联机器人由于优点众多而广泛应用于各个领域.以3-PRR平面并联机构为研究对象,用Pro/E软件进行了三维实体建模,绘出了并联机构的简图,解决了机构的正解问题.运用蒙特卡罗法求出了不同角度的工作空间.这种研究方法同样可以用来求解其他类型的并联机构的工作空间.     

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。