变自由度4-~xP~xR~xR~xR~yR_N并联机构

提出一种变自由度4-xPxRxRxRyRN并联机构,该机构中与动平台4边相连的4个转动副两两相对且轴线重合(记为u轴和v轴).运用螺旋理论对机构的自由度进行分析和驱动副选取.初始位形下,4-xPxRxRxRyRN并联机构的动平台平行于定平台,此时动平台具有3个连续的移动自由度和两个瞬时转动自由度,其转轴可为平行于定平台的任何两条直线.动平台仅可绕u轴或v轴从初始位形下发生连续转动,此时动平台具有3个连续的移动自由度和1个连续转动自由度,转轴为u轴或v轴,且这两个转动自由度互斥,即如动平台先绕u轴发生连续转动后,就不能绕v轴发生连续转动,必须待动平台再次平行于定平台时才能切换,反之亦然.为实现自由度切换的完全可控,4-xPxRxRxRyRN并联机构需采用5个驱动器进行冗余驱动.     

新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构

提出一种新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构。机构的运动平台通过两个相邻的TPR分支运动链和两个相邻的TPS分支运动链与固定平台相联接。每个TPR分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个转动副R组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过转动副R与运动平台相联;每个TPS分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个球面副S组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过球面副S与运动平台相联。运用约束螺旋理论,对机构的运动性质和奇异位形进行分析。机构运动平台具有沿两个TPR分支所在平面的二维移动自由度,和以两个TPR分支胡克铰二级转动副轴线所在平面内的任何直线作为转轴的二维转动自由度。选取4个分支运动链的移动副作为驱动副,发现了机构可能出现的四种奇异位形。     

具有弧形移动副的3-RPS并联机构刚度特性分析

提出了1种具有弧型移动副的3-RPS并联机构,该机构由定平台、动平台和三条支链组成。每个分支运动链包括1个转动副R,1个弧形移动副P和1个球铰S。其中,3个转动副R的轴线共面,并彼此成60°相交。运用螺旋理论对该机构的自由度进行了分析。该并联机构动平台具有3个转动自由度,并且动平台的转动中心是各支链球铰中心与弧形连杆中心连线的交点,此交点随动平台的位姿变化而变化;另外,通过机构各个分支的螺旋互易积,获得机构的约束雅克比矩阵、驱动雅克比矩阵和全雅克比矩阵;并根据守恒协调刚度矩阵,求出机构的结构位形刚度以及外力作用影响产生的刚度,为后续的研究其动力学、运动学性质奠定了基础。     

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。     

踝关节康复并联机构的变胞设计和自由度分析

为了实现踝关节患者在不同康复阶段的运动助力需求,提出一种踝关节康复变胞并联机构,具有3SPS/PS和3SPS/S两种运动模式,通过锁死或驱动(P)S支链移动副实现切换,切换的初始位形具有瞬时的空间一自由度移动和三个转动.其中3SPS/PS构型具有四自由度,分别是动平台绕x轴、y轴和z轴转动及沿z轴移动,3SPS/S构型...     

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。     

基于李群的两种1R3T并联机构自由度分岔

运用李群理论对1R3T(R--转动自由度;T--移动自由度)并联机构自由度分岔特性进行分析.简要介绍李群理论应用于并联机构自由度分析所需理论基础,对2-~xP~yR~yR~xR~xR/~yP~xR~xR~yR~yR并联机构和2-~xP~yR~uP~xR~xR/~yP~xR~vP~yR~yR并联机构进行自由度分析,通过对分支运动链产生的位移流形及所有分支位移流形的交集分析,证明这两种并联机构具有自由度分岔特性,其动平台的位移集合为{X(x)}∪{X(y)},进而得到具有自由度分岔特性的1R3T并联机构的分支位移流形为{G(x)}{G(y)}或{X(x)}{R(N,y)},同时给出机构的结构几何条件.当动平台平行于定平台时,该类机构处于奇异位形,此时动平台具有5瞬时自由度,机构的自由度分岔通过这一奇异位形实现,需要5个驱动器实现动平台运动的完全可控.     

一种新型3自由度并联机构的奇异性分析

研究一种新型空间3自由度并联机构(HANA)的奇异性。该机构由定平台、动平台和三个联接支链组成，其动平台相对于定平台具有2个移动和1个转动自由度。其结构主要特点是只采用了单自由度的运动副。构型优势主要是转动自由度灵活度高。详细分析了该机构的三类奇异形位，为以后关于该机构的工作空间和转动能力分析以及控制提供基础，特别是基于合理设计的工作空间内无奇异特性将保证该机构拥有很高的转动能力。该机构不仅可以应用在并联机床的设计中，还可以广泛地应用在工业机器人、飞行模拟器和微型机器人等领域。     

2-UPR-SPR并联机构转轴分析

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。     

空间3-RPS并联机构工作空间与奇异位形分析

从空间3-RPS并联机构约束得到动平台位置坐标和姿态角之间的耦合关系,由此导出工作空间边界的解析式。用运动螺旋描述由运动关节连接的构件之间的相对运动,利用反螺旋的性质,得到分支运动螺旋系的反螺旋,它代表了分支对动平台的结构约束力。进而将机构发生奇异的条件转化为分析动平台运动螺旋系和约束螺旋系线性相关的条件,自然地将机构的奇异位形划分为运动学奇异和约束奇异,给出了两种奇异对机构性能影响的物理本质,并导出奇异位形的解析表达式。实例给出了奇异位形在工作空间的分布特征和对工作空间的分割状况。     

基于小波有限元对注塑型腔内熔体的三维流动分析

分析了不可压缩、非等温、黏性非牛顿流体在型腔内的流动特点,应用小波有限元法准确地模拟出熔体型腔内充模流动模型,克服了传统有限元在工程奇异性问题求解中的不足。算例表明,数值计算结果与实验结果比较一致,该方法成功地模拟了注塑成形型腔内流体的流动过程的重要特征。     

2-UPR-SPR并联机构尺度综合

五自由度Exechon机器人被广泛应用于高端制造业,其由具有两转一移三自由度的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成(U代表虎克铰,P代表移动副,R代表转动副,S代表球副)。目前对Exechon中并联机构的尺度综合鲜见报道。运用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标对Exechon中并联机构2-UPR-SPR进行尺度综合。建立机构运动学反解模型,并对机构进行螺旋分析,得到2-UPR-SPR并联机构的局部传递性能指标和全域性能指标,作为机构运动/力传递性能评价准则。结合空间模型法,获得2-UPR-SPR并联机构的相关指标性能图谱,且根据工程实际需要确定最优区域,在该区域内选取多组数值实例并进行最优筛选。     

悬置式3自由度并联机构的位置及转动性能分析

提出了一种新型的空间3自由度并联机构,该机构的运动平台具有2个移动自由度和1个转动自由度。建立了机构位置的正反解,对机构的转动能力进行了分析,计算出机构动平台在空间运动时的转动角度。同时．可以使整个机构沿x、y方向移动,增加了机构的工作空间。     

基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。     

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。     

Kinematic analysis of a hybrid serial-parallel manipulator

The kinematic analysis of a new type hybrid serial-parallel manipulator is presented. This manipulator is based on two kinds of 3-UPU parallel mechanisms (PM). Each 3-UPU possesses one platform, one base and three limbs, and hence has 3 degrees of freedom (DOF). Each limb comprises of universal (U), prismatic (P), and universal (U) joints in series. Therefore the hybrid manipulator has totally 6 degrees of freedom and has also an elegant structure. The moving platform (mid platform) of the first PM moves with pure translation with respect to the fixed base and the moving platform (end platform) in the second PM only changes its orientation with respect to the mid platform. In this paper, closed-form kinematic solutions are obtained for this type of mechanism and related theoretical results have been verified numerically.     

具有连续转轴的新型3-UPU并联机构的运动特性分析

提出了一种新型3-UPU对称并联机构,该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度（2R1T）。基于单叶双曲面几何性质,证明了该机构在任意位形下始终关于一个中间平面对称及机构自由度的非瞬时性;进而发现该机构动平台具有可绕其中间对称平面内任意直线做连续转动的特性,并通过仿真进行验证;采用一种新的两转动机构的姿态矩阵的求解方法,推导了该机构的运动学反解,并进一步分析了其工作空间。研究结果为该类机构的应用提供了理论参考。