一种新型4-RPTR并联机构及运动学分析

提出一种能实现空间三维平移和绕X轴旋转的4-RPTR型四自由度并联机构,运用螺旋理论分析了该并联机构的三维平移和一维转动的机构学原理,计算了机构自由度,进行了驱动输入选取与论证,并进行了奇异分析,运用多体系统运动学理论建立了该并联机构的运动学方程,进行了正反求解的讨论与数值验证。该并联机构是对三平移一转动四自由度并联机构的重要补充,它是一种支链完全相同的半对称并联机构,结构简单,可应用于工业装配机器人、坐标测量机、姿态调节器、并联机床、工作台等领域。     

一种新型3-RRRU并联机构及其运动学分析

提出了一种具有三维平移自由度的3-RRRU型全对称并联机构,运用螺旋理论分析了该并联机构实现三维平移的机构学原理,进行了驱动输入的选取与论证,分析了机构奇异,讨论了奇异的可避免性,建立了运动学模型,获得了运动学反解的解析解,通过坐标变换和变量扩展进行了运动学正向求解的讨论与数值验证。该并联机构具有全对称、制造简单、奇异可避免等特点。     

新型3T2R龙门式混联机床动力学模型

提出了一种以能实现沿X、Z轴平移和绕X、Y轴转动的新型并联机构2-RPU2-UPS作为主体,辅以能实现主体Y轴滑动的直线导轨来共同实现五坐标联动加工的一种新型龙门式混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现3T2R运动原理,计算出该机床的自由度,进行输入选取与论证,并进行机床机构奇异分析,提出减少奇异的参数设计条件。建立该机床的位置反解数学模型,推导出了该机床的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机床的位置反解、速度和加速度。基于虚功原理和该机床的运动学模型建立该机床的动力学模型,并采用Adams软件对该机床动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确。     

一种新型4自由度并联机床构型设计与运动学分析

提出了一种能实现沿y轴、z轴移动和绕x轴、y轴转动的新型4自由度部分解耦并联机构,将该并联机构辅以能实现主轴x轴移动和x轴转动的动平台,共同组成一种新型并联机床构型;此机床机构特为涡轮叶片加工而设计。对机构进行了运动学分析,得到了运动学方程和雅可比矩阵;使用几何方法对机构的工作空间进行了分析,利用雅可比矩阵证明工作空间没有奇点,并获得了给定任务下的机构执行器所需行程长度。     

一种可重构、部分运动解耦的空间n维平移1维转动并联机构的拓扑及其运动学设计

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,提出了一种动平台可重构的三自由度并联机构RPa3R-R+RSS。对该机构的运动输出特性进行分析,表明该机构动平台能产生空间n维平移1维转动（nT1R,n=2,3）的输出运动且具有部分运动解耦性,通过动平台的重构可赋予动平台的转动绕3个特定转动轴x、y、z输出;计算了机构的自由度和耦合度;基于序单开链的运动学建模原理,建立了该机构动平台绕任意转动轴输出构型下的通用运动学模型;对动平台绕z轴转动输出构型下的运动学进行了分析,包括位置正反解、工作空间形状与大小、动平台转动能力、机构的奇异位形条件,以及机构的速度和加速度计算与仿真分析。     

2-UPR-RPU并联机构奇异分析

具有两个转动一个移动(1T2R)的三自由度并联机构是少自由度并联机构中的一个重要分支。1T2R三自由度并联机构根据两条转轴的几何关系和性质可以分为P*U*、UP,PU和RPR等四类:目前对1T2R并联机构的奇异研究主要集中于P*U*类、UP类,而对PU类和RPR类并联机构的奇异研究极少。对一种RPR类的2-UPR-RPU并联机构进行奇异性分析。运用螺旋理论对2-UPR-RPU并联机构进行自由度分析,推导该机构的运动学反解方程,进而求出机构的雅可比矩阵。根据雅可比矩阵求出2-UPR-RPU机构的三类运动学奇异位形,分析该机构约束奇异。研究表明,2-UPR-RPU并联机构没有运动学反解奇异、运动学正解奇异和约束奇异,但是有两种混合奇异。     

新型-平移一转动并联机构及奇异位形分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,改进了一种能实现空间一维移动和一维转动的二自由度并联机构。运用封闭矢量多边形投影法建立了该并联机构的运动学模型,得出了基于Jaco-bian矩阵形式的机构运动学输入输出方程。采用Jacobian代数法对机构的奇异位形进行分析,得出机构可能出现奇异位形的类型和条件。通过ADAMS虚拟样机的模拟和仿真,验证理论分析方法和相关结论的正确性,为将该并联机构用作中医推拿机器人的末端执行器,有效完成多种推拿动作提供重要保障。     

新型两平移一转动并联机构及奇异位形分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,提出了一种能实现空间二维移动和一维转动的三自由度并联机构.分析了该机构的运动特性和运动学正反解,得到了该机构的奇异位形.该机构在结构上具有较好的对称性和解耦性.     

新型三平移并联机构的运动分析和工作空间分析

分析了一种新型三平移并联机构,求出其运动学正解和反解,在运动学反解的基础上系统讨论了该机构的工作空间的约束条件.提出了运用Matcom将Matlab和VC 结合起来进行混合编程的方法,得到了并联机构工作空间的形状,分析结果表明该机构具有较好的工作空间.该并联机构可广泛应用于工业装配机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域.     

一种零耦合度且运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R的设计及其运动学

零耦合度(κ=0)及输入-输出运动解耦的三平移一转动(3T1R)并联机构,不仅运动学、动力学分析简单,而且运动控制与轨迹规划容易,因而在制造业中具有潜在的运用前景。根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和方法,设计出一种零耦合度且部分运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R,并对之进行拓扑特性分析,给出了其方位特征POC、自由度DOF、耦合度κ等主要拓扑特征;基于序单开链(SOC)的运动学建模原理,给出了该机构位置正解求解的封闭形代数方程,并求得其数值解;基于导出的机构位置反解公式,分析了机构产生三种奇异的几何条件;同时,求解了机构的工作空间和转动能力;给出了该操作手机械结构设计的三维CAD模型。研究成果为该操作手的运动尺寸优化、样机研发以及动力学研究奠定了理论基础。     

3-RTT并联机器人奇异位形空间分析

采用基于机构瞬时运动分析的方法，建立了3—RTT并联机器人的奇异位形判别阵。分析了3—RTT机器人处于奇异位形时机构所满足的几何条件。编制了基于三维搜索算法的奇异位形空间分析程序，时实例进行搜索计算和分析，给出了3-RTT机器人的奇异位形空间的图形，并对其分布规律进行了分析。     

双稳态平面并联机构

以提高多自由度并联机构的运动性能为目标,探索柔顺双稳态机构在克服并联机构力奇异问题中的应用。提出一种双稳态凸轮柔顺机构,利用双稳态机构在非稳态位形的非零内力,为并联机构提供柔顺过驱动输入,利用柔顺过驱动输入消除并联机构在运动奇异和力奇异位形时的运动或操作力不确定性。以平面五杆2-DOF并联机构为例进行了机构工作空间分析、运动奇异位形分析、以及力奇异位形分析。计算结果证明采用提出的双稳态凸轮柔顺机构能实现该平面2-DOF机构奇异位形的控制。     

一种非全对称低耦合度三平移一转动并联机构的设计及其运动学

提出一种非全对称的三平移一转动（3T1R）的并联机构,并对其进行拓扑特性分析,发现其耦合度κ较大(κ=2),这表明其位置正解求解复杂。为此,对该机构进行拓扑结构降耦设计,得到一种低耦合度（κ=1）但基本功能(动平台输出方位特征和自由度)不变的降耦机构;然后,根据基于序单开链的机构运动学建模原理,给出了该降耦机构位置正解的一维搜索求解算法及其数值解;通过导出的位置反解公式,对该降耦机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。该降耦机构结构简单、制造容易、工作空间大、转动能力强。     

五自由度3D打印并联机器人设计及分析

为实现多向3D打印,设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人,该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度,其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型,计算了该机器人机构的运动学反解,分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵,在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性,并进行了运动仿真分析。研究结果表明,所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间,该机器人在工作空间内存在奇异位置,通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置,并且具有良好的灵巧性,适合多向3D打印。     

2PRS-2PSS并联机构的设计与运动学分析

设计出一种两移动两转动的四自由度2PRS-2PSS并联机构。以该机构的4条分支运动链的主动移动副轴线与静平台的夹角为变量。首先根据方位特征集理论分析了该并联机构的运动输出特性;再基于矢量法对其运动学进行分析,推导出机构的位置和姿态的正解、逆解,进而推导出其速度和加速度方程;然后基于机构雅可比矩阵的奇异性,详细讨论了机构可能存在的奇异位形;最后,通过算例仿真验证了理论分析的正确性。     

Geometric condition of 3UPS-S parallel mechanism in singular configuration

The existing researches on singularity of parallel mechanism are mostly limited to the property and regularity of singularity locus and there is no further research into the geometric relationship between uncontrolled kinematic screw and parallel mechanism in singularity. A 3UPS-S parallel mechanism is presented which fulfils 3-DOF in rotation. The regularity of nutation angle singularity is analyzed based on the Jacobian matrix, and the singularity surface of 3UPS-S parallel mechanisms is obtained. By applying the concept of reciprocal product in screw theory, the singular kinematic screw is derived when 3UPS-S parallel mechanism is in singularity. The geometric relationship between singular kinematic screw and singular configuration of 3UPS-S parallel mechanism is investigated by using programs in MATLAB. It is revealed that there are two kinds of situation. Firstly, the three limbs of 3UPS-S parallel mechanism intersect the singular kinematic screw in space simultaneously; Secondly, two limbs cross the singular kinematic screw while the third limb parallels with that screw. It is concluded that the nutation angle singularity of 3UPS-S parallel mechanism belongs to the singular linear complexes. This paper sheds light into and clarifies the geometric relationship between singular kinematic screw and singular configuration of 3UPS-S parallel mechanism.     

一种两转一移完全解耦并联机器人机构及其特性分析

提出一种具有两转动和一移动自由度的完全解耦并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,推导出了该机构位置正反解的解析表达式,进而求得机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,并对机构的奇异性进行了研究。所提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对其进行的性能分析证实了机构解耦特性,从而为其进一步的应用奠定了理论基础。     

基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法

引入新支链的冗余驱动方法是目前减少或消除并联机构奇异的有效方法,如何确定所引入支链的结构形式、布置方式和最少支链个数是该冗余驱动方法的核心问题,然而关于这些问题至今尚没有系统的理论和方法。依据螺旋理论系统分析并联机构的约束奇异、驱动奇异和支链奇异三种奇异位形,强调位于工作空间内部的约束奇异和驱动奇异位形是对机构性能影响最为严重的位形,提出一种基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法,以3-RPR型、3-RRR型、4-RPTR型、3-RRRT型和3-RPS型等五种典型的并联机构为例,系统阐述该方法的设计过程。结果表明除了动平台和基平面重合的位形以外,该方法能够消除并联机构的其所有内部奇异位形。该成果为解决冗余驱动方法的关键理论问题提供了参考。     

并联机构驱动奇异的分层递阶滑模控制方法

以提高奇异鲁棒稳定性、控制精确性和降低控制能耗为目标,研究了并联机构的驱动奇异运动控制。以3-RPR型并联机构为例,运用螺旋理论和多刚体动力学理论进行了运动学分析和动力学建模;分别采用基于分层递阶结构的滑模控制方法和基于伪逆的滑模控制方法设计了运动控制器,对工作空间内不同的典型奇异位置进行了镇定控制仿真。结果表明,这两种控制方法均可达到较高的控制精度和较快的响应速度,且前者控制输入量更小、能耗更低。