一种无伴随运动的对称两转一移并联机构

提出一种新型3-UPU对称并联机构,其动、定平台始终关于中间平面对称,该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度。运用螺旋理论对机构的自由度性质及运动特性进行分析,证明该机构动平台可以绕对称平面内的任意一条轴线或任意点发生连续转动,说明该机构不存在"伴随运动",这为机构的求解及控制提供了很大的便利。同时,该机构还具有一个沿对称面法线方向的移动自由度,动平台沿该自由度方向也可以发生连续的移动。针对此机构的结构特点,用两个角度参数就可以方便、直观地表示出动平台的姿态信息。推导该并联机构的位置正、反解,并分析其工作空间,可以看出该机构的正反解都具有解析解,且表达式较为简单,方便后续的深入研究。该机构具有较大的工作空间,能够满足一般的工作需要。     

平面3-PRR非对称并联机构动力学分析

对一种平面三自由度非对称并联机构(3-PRR并联机构)进行运动学分析,基于虚功原理和该机构的运动学模型建立机构的动力学模型,并通过数值仿真,求解动力学模型,得到系统驱动力的变化规律。结果表明,机构在一个周期内两次穿越奇异位形,对机构的动态特性影响很大,因此系统设计阶段,应进一步对机构尺寸进行优化。研究对进一步分析3-PRR并联机构的运动稳定性、机构优化设计和系统控制等实际工程应用提供了理论基础。     

两转一移并联平台伴随运动力学性能研究

两转一移型并联平台运动中可能会产生伴随运动。伴随运动的有无影响着平台构件力学性能,且对其研究甚少。为探究伴随运动对平台构件受力的影响,以两种有防扭臂的三自由度平台为研究对象,分别通过理论和仿真方法分析其在有、无伴随运动时的力学性能。研究结果表明,含有防扭臂装置的平台在有、无伴随运动时,不同位置处防扭臂铰链点的受力大小明显不同。     

3-CRR 并联机构动力学分析与仿真

以机构支链的动力学为基础,推导3-CRR并联机构的动力学方程。在SolidWorks软件中建立机构的虚拟模型并在CosmosMotion模块中进行动力学仿真。通过动力学方程和仿真两种方法分别计算机构完成规定运动所需要的驱动力,比较发现计算结果基本一致,证明了两种方法的一致性与准确性,为机构的设计制造和动力学控制提供了理论基础。     

3-CRR并联机构动力学分析与仿真

以机构支链的动力学为基础,推导3-CRR并联机构的动力学方程。在SolidWorks软件中建立机构的虚拟模型并在CosmosMotion模块中进行动力学仿真。通过动力学方程和仿真两种方法分别计算机构完成规定运动所需要的驱动力,比较发现计算结果基本一致,证明了两种方法的一致性与准确性,为机构的设计制造和动力学控制提供了理论基础。     

具有连续转轴的对称2R1T三自由度并联机构型综合

为综合出更多具有连续转轴的并联机构新机型,提出一种具有连续转轴的两转一移（2R1T）并联机构型综合新方法。运用螺旋理论,给出该类机构约束螺旋的空间布置,提出并联机构连续转轴的判别条件,确定分支运动副类型及空间位置关系。基于分支约束力与分支运动副之间的几何位置关系,证明了该类机构能够实现连续转动。利用该方法对具有平面上任意直线为连续转轴的对称两转一移并联机构进行综合,并仿真验证了研究结果的正确性。该综合方法简单、有效。     

一平动两转动3-UPU并联机构奇异性分析

应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-UPU并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件,推导出机构的6×6 Jacobian矩阵,该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合,基于这些线矢量的线性相关性,可识别出机构的奇异形位。引入线性丛逼近算法(LCAA)定义和分析了机构的结构和约束奇异形位,这两种奇异形位均和机构得到多余的自由度相关,文中统称为并联奇异;LCAA算法可得到用旋量坐标表示的最近线性丛的轴线和节距,当并联机构处于或接近奇异形位运动时,该线性丛的轴线和节距提供了机构自运动的额外信息。给出了3-UPU并联机构奇异性分析的实例。     

一种新型二自由度并联机构的运动学及静力学分析

针对物料搬运机构需要较大横向位移的特点,对一种新型平面二自由度并联机构的位置正反解、奇异性、速度雅可比矩阵、工作空间、滑块驱动力等方面进行了研究,提出了该种机构的运动学及静力学分析方法。首先通过所建立的运动学模型,推导了该机构的位置正反解和雅可比矩阵,得到了在符合实际约束条件下的工作空间。然后利用虚功原理建立静力学模型,获得了具体的静力学模型表达式。最后通过Solid Works及Matlab仿真得到了机构在一定负载下运动时的各驱动力变化图谱。研究结果表明,该二自由度并联机构确实具有大横向位移的特点,且机构末端越接近驱动滑块,在相同输入步长下机构末端沿横向移动距离越大,驱动滑块所需的最大驱动力也越大。     

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。     

新型三转动并联机构的动力学分析

提出一种基于Stewart机构的新型三转动并联机构,该机构有三个驱动缸和三个拉杆,能实现三自由度的转动.建立该机构的运动学方程,推导其运动学反解的封闭解和运动学正解的数值解,然后建立系统的动力学方程,最后对其动力学特性进行仿真分析.该新型并联机构在运动模拟领域具有广阔的应用前景.     

一种三自由度串并联结构旋转台的动力学分析

对三自由度旋转台进行了动力学分析。该旋转台只有3个方向的转动自由度,由二自由度球面并联机构和串联在其上的旋转电机构成。根据旋转台的几何和运动特性建立了系统的输入输出速度方程,得出了速度Jacobian矩阵和动能方程。利用拉格朗日法和虚功原理,建立了系统的动力学模型,解决了特定外载荷和速度、加速度条件下如何求解驱动力矩的问题。给出了动力学的仿真运算实例,讨论了在匀速和匀加速情况下,二自由度球面并联机构驱动力矩的变化。最后根据动力学方程,得出了串联在二自由度球面并联机构上的第三个自由度的力矩与输出转角的运动学方程。     

Dynamic modeling and experiment of a new type of parallel servo press considering gravity counterbalance

The large capacity servo press is traditionally realized by means of redundant actuation, however there exist the over-constraint problem and interference among actuators, which increases the control difficulty and the product cost. A new type of press mechanism with parallel topology is presented to develop the mechanical servo press with high stamping capacity. The dynamic model considering gravity counterbalance is proposed based on the virtual work principle, and then the effect of counterbalance cylinder on the dynamic performance of the servo press is studied. It is found that the motor torque required to operate the press is a lot less than the others when the ratio of the counterbalance force to the gravity of ram is in the vicinity of 1.0. The stamping force of the real press prototype can reach up to 25 MN on the position of 13 mm away from the bottom dead center. The typical deep-drawing process with 1 200 mm stroke at 8 strokes per minute is proposed by means of five order polynomial. On this process condition, the driving torques are calculated based on the above dynamic model and the torque measuring test is also carried out on the prototype. It is shown that the curve trend of calculation torque is consistent to the measured result and that the average error is less than 15%. The parallel mechanism is introduced into the development of large capacity servo press to avoid the over-constraint and interference of traditional redundant actuation, and its dynamic characteristics with gravity counterbalance are presented.     

球面5R并联机构的动力学建模及动载分配优化

在动载条件下,为实现并联机构驱动器低能耗、平稳地运行,针对一种球面5R并联机构,对其进行动载分配优化。首先利用矢量法得到了机构的运动学正反解,考虑重力、外力和各构件惯性力的作用,采用拉格朗日方法和虚功原理建立了球面5R并联机构的动力学模型,并对机构的数值算例进行了动力学仿真验证,结果表明:理论值与仿真值的最大误差为1.3%,验证了动力学模型的正确性。然后,基于动力学模型,考虑驱动器输出功率和力矩因素,定义了机构的多目标优化函数,采用B样条插值法规划轨迹,并用归一化加权求和法优化求解该机构的最优轨迹。最后,通过数值算例,验证了优化方法的可行性,且优化结果表明:功率峰值降幅为分别为11.77%、48.75%,力矩峰值降幅分别为0%、51.17%,速度峰值降幅分别为20.97%、8.1%。说明该优化方法可以有效降低驱动器输出峰值,使得并联机构驱动器运行平稳,且该优化方法也适用于其他并联机构。     

TriMule与Tricept机器人刚度解析与比对

为分析比对TriMule机器人与Tricept机器人中两种1T2R并联机构的刚度性能,基于旋量理论,通过力/变形雅可比将支链层面的界面刚度矩阵映射为机构末端笛卡尔刚度矩阵,构造出二者的刚度半解析模型.在此基础上,结合两种1T2R并联机构为球坐标机构的构型特点,推导出二者在给定参考位形下切向线柔度特性各向同性条件的显式表...     

新型直驱四轴数控机床电机驱动力优化研究

基于模块化设计技术,研究了一种完全由直线电机驱动的新型四轴联动数控机床,并介绍了其基本结构型式。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于虚功原理,并结合其运动学特性,建立了该主轴机构的刚体动力学模型。以此,提出了机床配重质量配比优化方法,对单边并联双直线电机驱动力进行了优化。结果表明：在相同运动规划条件下,该方法可显著降低电机负载功率,有效提升数控机床的动态性能。     

一种低耦合2T2R并联机构的设计与分析

针对传统并联机构结构复杂、位置分析困难、强耦合、不易控制等问题,设计了一种新型低耦合2T2R并联机构。首先,基于方位特征集理论对该机构进行了运动特性分析;然后,为将运动学方程维数降到最小,运用序单开链理论对该机构进行了合理分解和位置建模;最后,结合具体实例进行了分析验证。结果表明,该机构自由度为4,其动平台可实现两平移和两转动;耦合程度较低,具有运动输入—输出部分解耦性;位置方程简单,可解析求解。     

基于虚功原理的一种新型锻造操作机主运动机构动力学分析

提出一种新型6自由度前后双提升驱动式锻造操作机。基于复矢量法对操作机主运动机构的运动学进行全面分析。其次将液压缸的缸体和活塞杆简化为一个构件的情况下,基于虚功原理推导并建立主运动机构的动力学数学模型。分别在水平升降运动、俯仰运动以及前后缓冲运动三种运动状态下对夹钳末端进行正弦速度规划,并在给定负载情况下对动力学模型进行了仿真分析。将该简化模型与实际中将液压缸的缸体和活塞杆分为两个构件的动力学模型进行仿真对比分析,得到各驱动液压缸分别在三种运动状态下输出驱动力的误差曲线。结果表明该新型锻造操作机的主要承重构件为前提升缸。简化模型等效于实际模型,并且有效简化了动力学的建模过程。研究结果为该机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

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。