完全各向同性五自由度混联机构型综合

针对混联机构内部耦合性带来运动学分析困难的问题,基于G_F集理论提出了一种简单而有效的三移动两转动(3T2R)完全各向同性构型综合方法。介绍了G_F集的基本概念和运算法则。通过分析混联机构组成特点,提出了将并联、串联模块按照G_F集求和运算以及G_F集元素组合原则构造完全各向同性混联机构的方法,建立了混联机构数综合方程。同时给出了机构输入运动副选择原则和支链设计准则,确保了混联机构中各模块运动的解耦性。按照完全各向同性混联机构设计步骤,得到了构成完全各向同性3T2R混联机构各模块单元的组合形式。以其中一种组合形式为例,综合出了完全各向同性3T2R五自由度混联机构。基于约束螺旋理论,分析了所综合出的一种混联机构的自由度,通过ADAMS建模得以验证,通过对模型运动仿真,绘制出机构末端输出速度曲线,验证了完全各向同性构型综合方法的正确性。     

抗压内LET柔性铰链的建模及分析

针对内LET(Lamina emergent torsion)柔性铰链存在轴向刚度低这一问题,基于倒置原则提出了一种抗压内LET柔性铰链.首先,综合考虑各柔顺片段的变形特点,设计了抗压内LET柔性铰链的结构;其次,利用等效弹簧刚度模型推导了该铰链的弯曲等效刚度及抗压等效刚度,并用有限元分析实例验证了2种理论计算模型的正确性;最后,将内LET柔性铰链和抗压内LET柔性铰链弯曲变形及压缩变形的有限元仿真结果进行比较.结果表明,在外形尺寸一致的情况下抗压内LET柔性铰链的弯曲刚度是内LET柔性铰链的1.195倍,而抗压刚度却是其24.532~28.141倍.在弯曲刚度无明显变化的前提下,抗压内LET柔性铰链的抗压刚度大幅提升,该铰链的结构设计完全符合预期要求.     

固定-导向柔顺杆件6R伪刚体模型

为提高固定-导向型伪刚体模型的计算精度,基于伪刚体模型的原理提出了一种固定-导向6R伪刚体模型。建立了该模型的运动学方程,并根据逆运动学分析方法及优化算法求解了模型的4个最优特征半径系数和3个扭簧刚度系数。通过数值算例模拟固定-导向6R伪刚体模型的末端动作路径,并将其与固定-导向2R伪刚体模型及柔顺杆件的末端路径进行对比。结果表明,固定-导向6R伪刚体模型能够更加精确地模拟相应柔顺杆件的末端动作过程,且其相对误差几乎为0。最后,通过ANSYS有限元分析实例验证了该模型在实际计算中的精确性。     

柔顺杆件固定-导向1P2R伪刚体模型

针对固定-导向模式的伪刚体模型模拟柔顺杆件末端位置精度不高且无法表现轴向变形的问题,基于伪刚体模型的原理提出了一种高精度的固定-导向1P2R伪刚体模型。首先综合考虑柔顺杆件各个方向的变形,构建了包含两个转动副和一个移动副的固定-导向1P2R伪刚体模型;其次建立了该模型的运动学方程,并根据优化算法求解了伪刚体模型的最优特征半径系数,利用一元线性回归方法得到了该模型的弹簧和扭簧刚度系数;最后通过数值算例模拟固定-导向1P2R模型末端的动作路径,并将其与固定-导向伪刚体模型及柔顺杆件的末端路径进行对比。结果表明,固定-导向1P2R伪刚体模型完全能够模拟相应柔顺杆件的末端动作过程,且模拟精度高于固定-导向伪刚体模型。研究证明了该模型的优越性,对柔顺机构的变形分析亦有重要参考意义。     

完全各向同性解耦2T2R型并联机器人构型综合

为得到完全各向同性解耦并联机器人构型,基于GF集理论提出一种简单而有效的构型综合方法.阐述GF集的基本概念、运算法则以及转动特征存在条件;给出机构输入运动副选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动各向同性及解耦性;根据该构型综合原理,完成2T2R四自由度完全各向同性解耦并联机构型综合,得到大量新构型;针对所综合的一种新型并联解耦机构,基于螺旋理论求得该机构运动输出,通过求解到的雅克比矩阵,验证该机构的完全各向同性,证明了该构型方法的有效性.     

三平移混联机构型综合

针对三平移三自由度混联机构,基于分形理论和机构拓扑图,提出了一种有效的型综合与分析方法。首先,介绍了机构拓扑图和分形理论的概念及联系;其次,叙述了机构的运动特征和运算法则;再次,建立了混联机构与分形的关系模型,从而归纳出混联机构构型综合的具体步骤,并综合出具有三平移运动特征的混联机构;最后,提出了混联机构运动特征的分析方法,并按该方法分析了所综合出的三平移混联机构的末端运动特征,从而验证了该构型的正确性,证实了所提出方法的可行性。