平面闭链五杆机构柔性工作空间的研究

工作空间的研究是平面闭链机器人的基本问题之一。应用隐函数定理,推导出平面闭链五杆机构柔性工作空间边界的条件,即输出杆与相连的连架杆重合或拉直,以及另一连架杆与相连的连杆重合或拉直。然后利用两个开链二杆的工作空间的交集和四杆机构连架杆的转动范围,分析平面闭链五杆机构满足工作空间边界条件的边界曲线的构成。在此基础上建立相应的数学模型,提出平面闭链五杆机构的工作空间求解算法。最后,通过算例验证了数学模型的正确。     

平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更研究

针对平面闭链机构运动特性集成的问题,对闭链机构的设计过程、闭链机构运动链数目综合过程、缩杆邻接矩阵表示、去同构链、去呆链等方面进行了研究,以此获得了各杆件不同自由度的缩杆邻接矩阵数目表。通过对各缩杆邻接矩阵的比较,提出了少杆与多杆机构局部同构的识别方法,建立了平面闭链少杆机构向多杆机构的过渡过程,在此基础上给出了平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更过程。最后,运用平面闭链机构缩杆邻接矩阵变更方法对现有的飞剪机构进行了改进,验证了该变更过程的可行性。研究结果表明:平面闭链多杆机构可以由少杆机构添加若干杆件及运动副获得。     

基于目标运动规划的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学模型

多个刚性机器人协调操作闭链负载 ,目前已在其运动学方面有了一些研究 ,但在柔性机器人领域中 ,对此问题的研究尚未展开。本文在对闭链负载机构运动微分关系线性化基础上 ,利用有限元法和 L agrange方程 ,推导出柔性机器人协调操作系统的运动学及动力学协调约束条件 ,建立了系统的动力学方程 ,并给出了平面两个 3R柔性机械臂协调操作平面刚性四杆机构完成目标运动规划任务的逆动力学问题的数值算例     

基于双四杆机构的蟑螂机器人设计与分析

针对蟑螂机器人直接串联式腿构形承载能力差、机体刚度不能满足要求,以及单腿少于3自由度构形不能精确控伟体位姿的问题,设计一种基于双四杆机构的仿生蟑螂机器人.对机器人求运动学逆解,求得各个驱动关节转角;对机器人行静力学分析,通过解析法得到关节驱动电动机所需的驱动转矩;用可视化的方法对机构的工作空间进行分析,同时提出速工作空间与越障工作空间的概念来衡量机器人的平面运动性能与越障性能;制作样机进行行走试验.通过与直接串联构的比较可知,新设计的样机不仅提高了移动速度,同时增加了系统承载能力,验证了上述设计的合理性与可行性.     

6-UPRRU S折叠式并联机构及其动力学模型

提出一种6-UPRRU S折叠式六自由度并联机构来实时调整卫星相机的位姿以保证相机的成像质量。机构由6个分支组成,每个分支中包含一个由UPR和UR组成的五杆闭环子链,驱动副为移动副。对机构的结构特点进行了分析,以此为基础分析了该机构的自由度,得到了机构运动学反解。利用旋量速度、加速度及闭环子链的运动特性求解广义关节的速度、加速度,建立机构分支中各个杆件的运动学模型。基于虚功原理和机构的运动学模型,利用旋量表示的牛顿-欧拉公式建立该机构的动力学模型。分析了折叠机构的关键结构参数对机构的运动学、动力学性能的影响,采用动力学仿真软件验证了理论模型,为机构在空间相机的位姿调整、跟踪中的应用提供了理论依据。     

空间四杆机构步行机设计与仿真

将一种空间闭链RSTR机构应用到步行机设计中,通过对该机构进行运动分析,借助Pro/E仿真,得出步行机的足端运动轨迹曲线,并与现有的一种平面曲柄摇块步行机器人运动轨迹曲线进行了比较。结果表明,RSTR步行机在行走过程中,重心较平稳,速度也较均匀。由于RSTR步行机采用的是单自由度闭链机构,因此,它比多自由度空间开链机构的步行机控制简单。     

平面机构误差辨识研究

本文应用统计理论和最小二乘辨识技术,对平面闭链和开链机构的结构参数误差、运动付间隙及输入运动偏差的求解方法进行了研究,给出了上述各原始误差值,最后,本文以平面四杆机构为例,演示了此法。     

“被动冗余度”空间机器人运动学特性分析

分析了“被动冗余度”空间机器人主、被动关节之间的运动学耦合,得到了可用于运动学规划的耦合指标;分析了“被动冗余度”空间机器人的运动学奇异的问题,以及与对应全主动关节冗余度空间机器人的运动学奇异的区别,得到的新的可操作性指标同样可用于机器人的运动规划;推导出了“被动冗余度”空间机器人的最佳最小二乘运动学优化方程,通过“准自运动”实现被动冗余度空间机器人优化控制;通过对平面3自由度空间站机器人的仿真,证实了分析得到的结论。     

全地形轮式移动机器人运动学建模与分析

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题.将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子系统形成一个封闭的速度链.对于每个速度闭链,可直接在驱动轮轮心处写出从机器人各驱动轮到机器人本体之间的运动方程,将每个速度闭链的运动方程合并即可得到机器人的整体运动学模型.以一个具有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象进行推导,该方法既考虑了地形不平的影响,又考虑了车轮的前向、侧向及转向滑移,已知机构参数后就可以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解.该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点.     

4R1P型平面五杆并联机构的可动性与特征图表示

针对4R1P型平面五杆并联机构,引入虚杆概念。基于Grashof定理,将滑块可达空间分割为若干可动性不同的子域。根据三根RR型构件的杆长关系,将运动链与机构划分为三类和若干子类,给出其可动性的特征图表示。在此基础上,根据移动副参数、滑块位置、构件结构约束以及移动副的主动与否,具体得出运动链与机构的可动性。特征图分析方法适合于4R1P型所有平面机构和3R型平面开链机构。     

平面多杆机构杆组自动生成方法

阿苏尔杆组理论指出,通过对不同运动链选取不同的机架和原动件,能够得到各种可能的阿苏尔杆组与机构构型。基于这一理论提出一种阿苏尔杆组的自动生成方法。针对杆组的结构特点,提出简单易行的杆组同构判别方法,该判别方法也适用于平面多杆机构运动链的同构判别。联合应用运动链的邻接矩阵与关联矩阵,使得自动生成算法与计算机编程相结合,实现了平面多杆机构杆组的自动生成。该自动生成机构杆组的方法理论简单,编程可操作性强,能够实现多杆运动链在构成机构时杆组的准确快速的拆分。该方法将杆组的拆分过程与由杆组搭接形成机构的过程相联系,对拆分得到的所有杆组与机构构型进行同构判别,得到了六杆以内的13种杆组,以及由八杆运动链构成的153种机构。     

含复铰平面闭式运动链型综合的组合法

提出了运动链型综合的组合法。利用已知的闭式运动链和开式链,通过开式链上的连接铰链将闭式运动链和开式链组合起来,从而形成新的构件数较多的运动链型。同时提出了型综合组合法的基本算法。研究表明,该方法通过递推可以得到完整的运动链的各种类型,也可以选定已知闭链和开链进行组合,得到给定构件数和其他条件的部分运动链类型,具有综合过程简便、直观性好和便于计算机处理等特点。     

三个复杂基本运动链奇异性条件的求解与识别

提出了求解任意复杂多回路平面连杆机构及操作手奇异位置分析的模块法。即对组成复杂机构的数量有限的基本运动链进行奇异分析 ,推导出这些复杂基本运动链产生奇异位置构型的奇异性条件 ,然后将之看作是复杂机构和操作手奇异分析的基本模块 ;只要一个基本运动链达到奇异位置时 ,该复杂机构即处于奇异位置。在此基础上本文又推导出三个复杂基本运动链产生奇异位置构型的奇异性条件 ,从而扩展了用该方法求解复杂多回路平面连杆机构及操作手奇异位置的应用范围。     

球面四杆机构的空间模型及尺寸型

基于特征球面四杆机构的概念，将球面四杆机构分为三类，并建立机构的尺寸型空间模型。每个空间模型可划分为若干个子区间，每个子区间都对应着一族球面四杆机构。按本文提出的尺寸型表示方法，可在全封闭图面内表示球面四杆机构的尺寸型，并在其上绘制出有工程应用价值的机构性能图谱。     

任意复杂多回路平面机构及操作手奇异分析的模块法

提出了求解任意复杂多回路平面连杆机构及操作手奇异位置分析的模块法。即一个复杂机械可看作是由输入一个或多个零自由度的基本运动键组成,对这些数量有限的基本运动链进行奇异分析,然后将灾看作是复杂机构和操作手奇异分析的基本模块;仅当一个基于运动键达到奇异位置时,复杂机构即处于奇异位置。还得到了任意复杂多回咱平面机构产生奇异位置的奇异性条件总数的计算公式。因此,该方法可求解所有复杂的多回路平面机构及操作手的     

全R副平面基本刚性链的拓扑分类研究

基于平面基本刚性链运动分析复杂性的各种衡量指标：耦合度ｋ、位置解数目上界ＮＢｓ，本文对全Ｒ副平面基本刚性链进行了拓扑分类，揭示了基本刚性链的运动分析复杂性与其拓扑结构间的一些定性关系，为平面多环机构选型提供了依据。     

ADJACENT MARTIX METHOD OF IDENTIFYING ISOMORPHISM TO PLANAR KINEMATIC CHAIN WITH MULTIPLE JOINTS AND HIGHER PAIRS

The adjacent matrix method for identifying isomorphism to planar kinematic chain with multiple joints and higher pairs is presented. The topological invariants of the planar kinematic chain can be calculated and compared by adjacent matrix. The quantity of calculation can be reduced effectively using the several divisions of bars and the reconfiguration of the adjacent matrix. As two structural characteristics of adjacent matrix, the number of division and division code are presented. It can be identified that two kinematic chains are isomorphic or not by comparing the structural characteristics of their adjacent matrixes using a method called matching row-to-row. This method may be applied to the planar linkage chain too. So, the methods of identifying isomorphism are unified in the planar kinematic chain that has or hasn't higher pairs with or without multiple joints. And it has some characters such as visual, simple and convenient for processing by computer, and so on.     

Polynomial solution to the position analysis of the 7-link assur kinematic chain with one quaternary link

Following a couple of previous papers devoted to the position analysis of two different 7-link Assur kinematic chains, this paper presents the algebraic-form position analysis of the remaining 7-link Assur kinematic chain, which can be distinguished from the others because it alone features one quaternary link. The position analysis, devoted at determining all possible assembly configurations of the considered Assur kinematic chain, is performed by first devising a system of two algebraic equations in two unknowns. After dialytic elimination, a final polynomial equation of eighteenth order is found whose solutions provide, in the complex field, 18 assembly configurations for the examined Assur kinematic chain. As a corollary, it can also be stated that two coupler point curves drawn by two distinct four-bar linkages intersect each other at 18 real points at most. Finally, a numerical example shows application of the new theoretical results.     

含复铰平面开链和拓扑对称性在型综合中的应用

提出了在运动链型综合组合法中应用的含复铰平面开链的有关概念 ,给出了构造平面开链的方法 ,以及六杆以下所有的开链型式。同时 ,讨论了平面闭式运动链和平面开链中铰链点拓扑对称性的判断问题 ,给出了判断方法及其在型综合中的应用方法。研究表明 ,利用拓扑对称性可以有效地减少同构运动链型的数量。     

平面闭式运动链简图自动绘制的最大环路法

机构运动链结构简图的自动绘制,直接关系到机构设计的效率与可靠性。在对平面闭式机构运动链的拓扑特性研究基础上,基于缩杆邻接矩阵,提出一种运动链结构简图自动绘制的最大环路方法。此方法采用广度优先生成树算法获得运动链的独立回路,并通过独立回路的加减运算得到最大可行外环。根据回路关系逐步修正最大可行外环,使各独立回路成为其非交叉规范化内环。在运动链结构简图绘制过程中,根据外环和内环情况,将运动链中的运动副布置在由外往内的同心圆内接正多边形的顶点上,使绘制的运动链简图规范、美观。在对这种基于外环与内环关系的简图自动绘制算法研究过程中,借助多个机构实例进行说明。研究与应用结果表明,最大环路法具有实现简单、方法完备的特点,适用于多杆多自由度平面闭式运动链结构简图的自动绘制,应用于机构设计中,可极大地提高设计效率。