混合驱动机构研究进展与发展趋势

混合驱动机构是可控机构的一种,其适度柔性以及降低驱动与控制成本的特性与优势使其成为现代机构学的重要研究分支之一。随着对混合驱动机构研究的深入,混合驱动机构理论和应用也不断地发展和创新。对现有的研究成果加以分析和总结将有利于促进混合驱动机构理论和应用的进一步发展。分析混合驱动机构的内涵,分别论述双自由度和多自由度混合驱动机构的研究进展,主要包括:混合驱动机构的构型设计与可动性、混合驱动机构的轨迹特征、混合驱动机构的运动学、混合驱动机构的动力学及混合驱动机构的应用等方面的研究进展。提出混合驱动机构研究的关键问题,总结了混合驱动机构的未来发展趋势。研究成果对拓展混合驱动机构的设计空间、开辟混合驱动机构新的应用领域具有重要意义。     

两自由度可控闭链机构系统运动实施

以两自由度可控闭链机构系统为研究对象,对此类机构的运动进行了分析,研究了机构在其运动空间内给定轨迹的实现方法,并以此类机构在工程机械中的应用为实例,给出了此类机构系统运动实施的协调运动控制硬件架构原理,为此类机构的运动控制软件架构提供基础。研究结果对此类机构的动力学分析、振动控制及其在工程中的推广应用具有实际意义。     

混合输入五杆机构的综合与应用

混合输入型机构的输入包括实时不可控电机输入和实时可控电机输入。不可控电机提供主要的动力 ,实时可控电机则起运动调节作用 .本文研究了这种机构的尺度分析 ,并以混合调速、轨迹生成和不同性质输入之间的协调分别探讨了这种混合输入五杆机构的实际应用     

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.     

现代机构学的形成、基本内容和应用前景

机构学现代化对机械工业的发展意义重大。广义机构、可控机构、机构系统概念设计、机器人和步行机机构、微机构和微驱动、仿生机构、新型机构等是现代机构学研究的主要内容。现代机构学形成的主要标志是机电一体化系统的形成和应用。现代机构学与传统机构学的主要区别是对机构内涵的不同认识、机器构成的不同、机构设计理论与方法的不同。现代机构学具有广泛的应用前景 ,可以对可控机构、机器人、微机械、机械动力分析等的深入研究产生影响。     

多自由度可控装载机构的构型设计与综合研究

多自由度可控机构式装载机是一种将可控机构应用到工程机械领域而开发的新型装载机,为进一步研究此类可控装载机构新构型,分析研究了现有装载机工作装置的工作原理和结构特点;利用胚图插点的方法得出了平面两自由度五杆、七杆、九杆机构所有拓扑胚图类型;根据可控机构式装载机结构特点,确定拓扑胚图中的功能构件,将满足条件的拓扑图转换为装载机构;通过提出可控装载机构择优准则,对所得构型进行分析和优选,得到可控装载机构最佳构型。     

一种少自由度并联机构误差特性分析方法

应用螺旋理论分析机构螺旋系及分支螺旋系，从机构不可控自由度和可控自由度两方面，通过虚设运动副，形成适用于少自由度并联机构的通用性误差特性分析方法(简称自由度法)，该方法无需误差建模，可单独分析特定误差对动平台输出的影响。以3-CUR并联机构为例，应用该方法进行误差分析，得到其误差特性规律。利用矢量法建立3-CUR机构的误差模型，并经仿真分析验证前述规律，根据此规律设计和加工样机，通过样机试验验证自由度法的正确性。     

平面四杆机构的运动综合研究

本文应用连续法对平面铰链四杆机构的函数综合、刚体导引综合及再现轨迹综合等问题进行了系统的研究，较好地解决了平面四杆机构运动综合中长期存在的初始值与全部解这两大难题，为平面四杆机构运动综合的尺寸方案优选奠定了基础。文中对每类综合均给出了数值实例，求出了满足给定综合条件的全部机构，并进一步考虑曲柄存在、分支及运动实现顺序等问题，对综合所得机构进行了优选。     

基于功能分析的新型装载机构型综合研究

传统的机械式工程机械采用单自由度机构,所能完成的动作单一,动作轨迹不能变化;液压式工程机械可以灵活地执行各种工程动作,但其液压系统零部件的精度要求和成本高、可靠性不理想、易漏油、传动效率低等不足。这个棘手问题长期未能有效解决。将变胞机构和多自由度可控机构应用于工程机械等领域,可克服现在的机械式和液压式工程机械的各自不足,既能像液压式工程机械那样变化运动轨迹、执行各种动作,又没有液压系统的缺陷,具有良好的应用前景。研究这类新型机构的型综合问题,针对现有典型装载机产品的特点,采用工作机理的动作表达方法,将液压式装载机的工作机理作为依据和出发点,把其转化为工艺动作过程。结合变胞机构、可控机构、及并联机构等有关研究成果,综合应用构型演化法、基于螺旋理论的约束综合法等机构创新设计理论和方法,在功能分析的基础上完成了装载机新型执行机构的概念设计。获得了一批新型多自由度可控机构式装载机构构型,包括具有变胞功能的可控机构式装载机构构型,并由试验验证了多自由度可控机构用于装载机等工程机械的可行性,为这类机构的应用提供了一定的参考。     

新型三平移两转动并联机构及其运动分析

提出了一种新型五自由度并联机构及其应用前景，该机构由一个具有平行四边形机构的8R分支和四个SPS分支组成，可实现空间的三维移动以及两个独立方向的转动，可用于如部件装配、推拿机器人、空间机构的运动平台等应用场合。文中分析了能实现预定运动输出的机构学原理，计算了它的活动度，采用直观的零位形两步法建立运动变换矩阵，求出了用于实时位置控制的反解，并给出了数值算例，分析了其在推拿机器人设计上的应用前景。     

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。     

基于图谱法的3平移并联机构型综合

三平移并联机构在工业制造、医疗、军工等领域有着广泛的应用,随着物流行业的快速发展,急需一种具有刚度高,控制简单,后期维护成本低等优点的三平移并联机构用于代替人力进行货物分拣。为此提出了一种以图谱法为基础的3平移并联机构型综合方法,运用图谱法中的线图等效原则,拓展出大量的分支等效自由度线图,为分支创新构型提供了基础。根据支链数量和支链所包含的约束数量,将分支选取方案分为7种,前四种方案能够综合出超过1 041³种分支数为3的新型3移动并联机构,后三种方案能够综合出超过1 041²种分支数为4的新型3移动并联机构。选取方案1、方案5、方案6作为例子综合了四个新型3移动并联机构,再对其中两个新机构用修正的K-G公式计算自由度并用螺旋理论验证自由度性质,验证了该新方法的正确性。该新方法综合出大量新机构,且这类新机构包含解耦或半解耦机构,计算和控制简单,具有重要的应用前景。     

曲柄齿条摆杆双极位三阶停歇七杆机构的设计

高阶停歇机构的设计理论是机构设计理论中的重要分支之一，数学分析表明，复合函数中两个相关的函数在同一时刻的一阶导数等于零导致复合函数的一至三阶导数在对应时刻等于零，此原理开创了高阶停歇机构设计的新方法。为此，设计了一种基于曲柄齿务的摆杆在双极位具有直到三阶停歇的平面七杆机构，研究了它的高阶传动特征。该种机构结构简单，设计容易，传动角大。     

多模式机构研究进展

多模式机构作为可重构机构的一个重要分支具备运动模式转换时间短、所需驱动器少等优点,在各个领域都极具应用前景。经过20年的发展,虽然涌现出一系列多模式机构的设计、分析方法,但是多模式机构的研究仍面临诸多挑战。根据不同运动模式下的几何、结构特征,概括并详述了多模式机构利用关节轴线、杆件和多模式单元进行运动模式切换的三种形式;从方法和技术的角度,综述了多模式机构在构型设计、运动模式分析以及应用方面的国内外研究现状,并对多模式机构面临的挑战与发展趋势进行了展望。     

空间并联机构运动分析的有限元法

用有限元法的思想,对组成空间机构的梁和铰单元引人欧拉参数进行了描述,用传递函数的概念对机构各相关坐标及单元变形模态坐标的位置、速度和加速度进行了分析,在此基础上,编制了计算机程序ＣＡＡＭ,对三自由度－ＲＰＳ空间并联机机构的运动进行了分析,给出了平台中心点运动的数值模拟结果。     

曲柄齿条滑块极位三阶停歇的七杆机构设计

高阶停歇机构的设计理论是机构设计理论中的重要分支之一。数学分析表明，复合函数中两个相关函数在同一时刻的一阶导数等于零，导致复合函数的一至三阶导数在对应时刻为零，此原理开创了高阶停歇机构设计的新方法。研究表明，该数学原理对应几十种从动件在极限位置作直到三阶停歇的平面或空间机构。本文仅介绍了一种基于曲柄齿条的滑块在单或双极限位置具有直到三阶停歇的平面七杆机构的设计，研究了它的高阶传动特征。该种机构结构简单，容易设计，传动角大。     

平面并联机构的残余振动控制

针对残余振动限制并联机构高速、高精度应用必须抑制残余振动的特点,以一个2自由度平面并联机构为研究对象,研究抑制其残余振动的方法。采用矢量法进行运动学分析,推导出动平台和各支链的速度和加速度,进而利用虚功原理建立动力学模型。为减少电动机动态对整个动力学系统的影响,每个输入轴分别单独设计一个PD(比例—微分)控制器,整个动力学系统包括这些PD控制器。根据试验测得的系统固有频率和阻尼比设计ZV(零振动)整形控制器。为验证ZV整形控制器的效果,对动平台单步移动情况下并联机构的响应进行仿真。仿真表明,输入整形控制可以显著减小并联机构中的残余振动,这种控制方法同样适用于其他类型的并联机构。     

对称结构Stewart 并联机器人的位置正解及构型分析

对具有对称结构的6－6SPSStewart并联机器人的位置正解问题进行了研究，以活动平台的铰链坐标为未知量，按定杆长约束条件建立了对称并联机器人位置正解的数学模型；以结构参数和杆长为量作为修正变量，构造了一种新的系数同伦方程，运用该方法可以快速得到同类并联机器人的全部28组位置正确。这种方法可以方便地求出不同结构参数和杆长变量同类机构的位置正解，其数学模型简单，并且不依赖初值。基于位置正解对Stewart并联机器人存在的装配构型进行了分析，给出了数值计算实例。     

多环耦合机构末端件自由度计算的等效法

针对新型耦合机器人与常见并联机器人机构结构的迥异性,提出一种适应多环耦合机构末端件约束分析和自由度计算的新方法,此方法的主要思路是将多环耦合机构转化为并联机构。提出机构拆分原则,将连接输入和输出的部分拆分为多个独立单元体。应用螺旋理论逐一分析拆分出的单元体中各个耦合节点构件相对于机架的独立运动,将含耦合结构的独立单元体等效为一个串联分支,整个机构就等效为一个并联机构。分析等效并联机构各分支的运动螺旋系和约束螺旋系,采用二次反螺旋求得机构末端件的自由度。应用提出的等效替代法计算一个耦合机构的自由度,计算结果与原型一致,表明提出的新方法能够有效化简耦合机构的复杂性并正确求得自由度。     

具有大承载能力的环路解耦两转动并联机构综合方法研究

为解决解耦机构承载能力弱的问题,提出一种具有大承载能力的环路解耦两转动并联机构型综合方法。基于螺旋理论,提出分支传递力螺旋矩阵与输出运动螺旋矩阵的互易积为对角矩阵（主对角线元素全不为零）的机构解耦判别准则,分析机构输出运动螺旋与传递力螺旋之间的关系,确定出驱动螺旋和非驱动螺旋的形式,将上述运动螺旋进行合理的排序和组合得到基础解耦分支。为使解耦机构更好的应用于工业中,提出冗余驱动分支构造方法,在基础解耦分支中添加冗余驱动分支,构造环路,实现环路内反解同步,构造环路之间彼此解耦的环路驱动分支,既不破坏机构的解耦特性又增加了机构的承载能力,综合出环路解耦两转动并联机构。运动学分析和静力学分析表明,所综合出的机构雅可比矩阵为广义对角阵、同一环路内驱动位移同步,并且承载能力强于传统解耦机构,验证了所提出的综合方法的正确性。通过该方法综合出来的机构,在汽车耐久性测试台架方面具有一定的应用前景。