高运动/力传递性能移动并联机构分析*

基于螺旋理论求解移动并联机构在单个分支驱动下的分支传递力螺旋和机构输出运动螺旋,给出机构分支在不同位姿下传递功率恒定及其实现最大功率传递的条件。通过分析移动并联3-CPU机构的运动/力传递性能,给出分支将输入功率全部转化为动平台输出功率,即运动/力传递性最大时的主动副配置方式。在此基础上,对移动并联3-PRPU机构进行运动/力传递性能分析,总结其结构参数对分支传递功率的影响规律,得到了其传递性最大时的参数设置。所做工作为分析与综合具有高传递能力的并联机构提供了理论参考。     

3-PRC并联机器人机构运动和力传递性能分析

以3平移自由度3-PRC并联机器人机构为研究对象,建立了机构的运动方程;基于速度与力可操作椭球,建立运动与力各向同性评价指标,度量机构在操作空间给定位置处运动与力的传递性能;以速度和力方向可操作度为评价指标,度量机构在操作空间沿指定方向运动与力的传递能力.结果表明,3-PRC并联机器人机构在操作空间具有良好的运动与力的传递性能.     

基于运动/力传递特性的1T2R并联机构构型优选

1T2R三自由度并联机构具有1个移动自由度和2个转动自由度,应用十分广泛。如何从大量的1T2R三自由度并联机构构型中遴选出具有工程应用价值的机型,具有重要的实际意义。运用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标对3-PRRU、2-PRU-PRRU和2-PRS-PRRU三种1T2R并联机构进行构型优选,这里P表示移动副,R表示转动副,U表示万向铰。根据三种机构的运动学反解建立输入运动螺旋、输出运动螺旋和分支力传递螺旋的解析式,计算出整个工作空间上的运动/力传递性能指标并绘制图谱。性能图谱显示三种1T2R并联机构都具有较好的运动/力传递特性,并且奇异边界相似,其中3-PRRU并联机构优质工作空间最大。     

3-(2SPS)并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系.定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系.     

3-（2SPS）并联机构力传递分析

提出了一种新型三自由度并联机构,通过矢量力学方法和虚功原理建立了机构的静力输入输出数学模型,得到机构的输入力与输出力之间的关系。定义了力、力矩传递性能评价指标及全域性能评价指标,分析了机构参数与评价指标之间的关系。     

基于PMAC运动学的并联机构力控制研究

对于冗余并联机构,由于位置误差的存在,如果只控制关节位置可能在系统内部产生较大内力,甚至破坏系统结构。而构建力控制系统往往需要修改整个控制系统。通过对PMAC运动控制器计算机理的深入分析研究,提出了一种简便的力控制的实现方法。首先分析了力控制的机理,然后研究了力控制的正反解实现的方法,最后给出了力控制实现的实例。结果表明,该方法可以方便的实现力控制系统的构建和修改。该研究为并联机构的力控制提供了一种新方法。     

一般平面并联柔性机构的力逆解

一般平面并联柔性机构由三根弹簧并行地将活动平台与固定平台相联而成,其力逆解即对于给定的活动平台所作用外力外力矩,求解机构处于静力平衡时的所有构形,文中建立了该机构的力逆解方程组,并用连续法对其进行了求解,算例一般平面并随意柔性机构的力逆解最多具有７０组解。     

并联机器人力传递性能分析

并联机器人雅可比矩阵中包含了输入输出力/力矩关系的信息,以此为基础可以进行一些力学性能评价。然而,力和力矩具有不同的量纲,因而,直接对雅可比矩阵进行分析计算不尽合理。据此,将雅可比矩阵分为力雅可比和力矩雅可比,在此基础上,研究并联机器人在工作空间内的力传递性能和力矩传递性能。所提方法自然直观,避免了不同量纲的物理量之间的混合,所得结果物理意义明晰,可用于并联机器人结构优化。     

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。     

基于ADAMS的并联机构运动分析

针对并联机构的结构模型,提出建立机构的三维模型以ADAMS进行运动仿真,并给出3-RPS并联机构的分析实例。     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

一种并/混联汽车电泳涂装输送机构运动/力传递效率性能分析

针对一种新型汽车电泳涂装输送机构,提出一种表征并/混联式输送机构输入输出端之间的运动/力传递效率的分析评价方法。首先采用旋量形式导出输送机构的运动学和动力学,再根据旋量的Klein型即李代数e(3)的双线性形式,建立了以输送机构末端执行器的瞬时运动功率与输入端瞬时运动功率的比值作为表征机构输入输出的运动/力瞬时传递效率的瞬态分析评价指标。基于所提出的分析评价方法,得出机构在三种典型期望运动轨迹下从输入端到输出端的运动/力瞬时传递效率随时间变化的曲线,并求得其运动/力平均传递效率。最后利用MATLAB软件对机构进行实例仿真,仿真结果表明了评价指标的合理性和有效性。     

一种特殊的3-UPU并联角台机构的运动分析

分析了一种特殊的三自由度3-UPU并联角台机构(支链移动副两端转动副相互垂直)的若干运动学问题。利用虚设机构法导出了机构在初始位形下和沿X轴移动时的一阶综合影响系数矩阵,建立了动平台输出速度与输入速度之间的关系,并绘制了速度和加速度的曲线图。研究结果对该并联机器人的设计及应用都具有重要的意义。     

基于力/矩平衡方程和变量几何法的3UPU-Ⅰ并联机构驱动力和约束力分析

提出利用力/力矩平衡方程CAD变量几何法求解并联机构各分支的驱动力和约束力。以3UPU-Ⅰ并联机构为例,首先利用求解驱动力和约束力的数学方程及计算机变量几何法,在3UPU-Ⅰ并联机构的模拟基础上构造该机构的三维F/T(力/力矩)模拟机构。然后从平衡方程中推演出一个力雅克比矩Gf,当改变驱动参数时,F/T模拟机构和Gf随之变化,驱动力和约束力自动求解和动态显示。     

基于图谱法的新型运动分岔并联机构型综合

多模式并联机构在航空航天、机械加工、医疗康复等领域均极具应用前景,但目前能够实现多模式的运动分岔并联机构类型较少,绝大多数运动分岔并联机构中含有变自由度性质的RER支链,为此基于图谱法综合了一类新型运动分岔并联机构且机构中含有4类变自由度性质支链与已有的RER支链不同。首先基于图谱法以机构初始位置两瞬时转动自由度线非共面且相互垂直为例对2T1R运动分岔并联机构进行综合,随后将机构含有的URR支链中和定平台相连接的R副轴线方向改变,使其具有2R2T和3R1T两种自由度性质。将改进后的URR支链配置方案应用到部分4自由度和5自由度支链中,提出另外三类变自由度支链,每种类别支链分别有4、12、32种。以机构中含有4类不同变自由度性质的支链为分类依据,综合出四大类同时具有2T1R+2R1T两模式新型运动分岔并联机构,共包括12种子类别;以第4类变自由度支链为例,将其引入到并联机构中,通过图谱法综合出具有3T1R+2R2T两模式新型运动分岔并联机构。     

3-PRS并联机构运动分析及仿真

介绍了一种3-PRS空间并联机构,在用螺旋理论对该机构进行运动分析的基础上,用UG构建了该机构虚拟样机并导入ADAMS软件对其进行运动学仿真,利用ADAMS强大的运动仿真、函数、测量及后处理功能,验证了该并联机构是一个全对称的空间三自由度并联机构,动平台可以实现绕X轴、Y轴方向的转动及沿Z向的平动,与螺旋理论运动分析结果完全一致,为将来的原型样机设计、控制等研究工作提供了相关的参考依据。     

基于虚拟样机技术的并联机器人机构运动仿真

以先进制造中的机器人工作平台为应用背景,研究一种具有四个自由度的新型并联机器人机构。对这种机构的结构作了简要介绍,运用虚拟样机技术,在SolidWorks软件平台上构建该并联机器人机构模型。按照机构的结构几何尺寸,利用SolidWorks创建零件并进行虚拟样机装配,直接在运动仿真模块COSMOSMotion中,通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并对仿真结果进行分析。分析结果证明完全可以运用SolidWorks软件完成并联机构的虚拟样机三维实体建模和运动特性分析,为并联机构的实际样机的试制奠定了基础。     

基于螺旋理论的少自由度并联机构运动分析

本文在介绍螺旋和反螺旋理论的基础上,分析了一种3-TPT并联机构的自由度及其运动特性,指出该机构动平台受到垂直于Z轴的3个纯力偶矩的约束,具有三平动一转动4个自由度,为少自由度并联机构运动学及动力学分析提供基础.