六自由度完全解耦并联机构型综合

通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原理和螺旋理论提出了6自由度(3R3T)完全解耦并联机构构型综合方法。首先,基于完全解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋;再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后,根据完全解耦并联机构分支组合原理,依次选取6条支链连接动定平台,得到多种3R3T完全解耦并联机构。综合的完全解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有较好的应用前景。     

一种两转一移完全解耦并联机器人机构及其特性分析

提出一种具有两转动和一移动自由度的完全解耦并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,推导出了该机构位置正反解的解析表达式,进而求得机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,并对机构的奇异性进行了研究。所提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对其进行的性能分析证实了机构解耦特性,从而为其进一步的应用奠定了理论基础。     

基于螺旋理论的3T1R完全解耦并联机构型综合

利用螺旋理论和独立驱动原则对3T1R类完全解耦并联机构进行型综合。首先根据期望3T1R完全解耦并联机构的运动特征(沿X、Y、Z轴方向的移动和绕Z轴方向的转动)和完全解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;然后根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可以配置支链的所有可能构型;最后根据并联机构运动原理依次取出四条支链连接动平台和定平台得到3T1R完全解耦并联机构。综合的并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景。     

3T2R完全解耦并联机构的型综合研究

针对并联机构的运动往往是非线性、强耦合问题,提出一种完全解耦并联机构型综合原理。首先利用互易螺旋理论对3T2R并联机构的输入输出展开分析,揭示了完全解耦并联机构的雅可比矩阵特点,得到了完全解耦并联机构的移动特征和转动特征条件;其次基于支链驱动理论构造满足完全解耦并联机构的各条支链,根据并联机构约束综合理论,依据提出的支链选取原则依次选取每条支链,连接动、定平台,完成完全解耦3T2R并联机构的型综合;最后针对综合的一种完全解耦并联机构,求得其运动雅可比矩阵验证了机构的解耦特性。     

一种新型四自由度并联机器人机构的设计与分析

提出了一种新型四自由度并联机器人机构,该机构能实现空间的三维移动和一维转动。利用螺旋理论对机构进行自由度分析和瞬时性分析,验证了构型方法的正确性。通过对机构进行输入输出关系分析,求得机构的雅可比矩阵为4×4阶对角阵,证明了机构的完全解耦和完全各向同性。因此该机构控制简单,具有较好的运动和力传递性能以及实用价值。     

一种新型四自由度并联机器人机构分析

针对并联机构的构型综合问题,一直是机构学研究的难点和热点。基于螺旋理论构造了一种新型四自由度解耦并联机构,该机构能够实现空间的三维转动和一维移动,具有完全解耦和完全各向同性特点。首先,运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,验证了构型方法的正确性。其次,通过建立机构输入输出运动关系,得到机构的雅可比矩阵,同时对机构进行完全解耦输入输出关系分析和机构工作奇异性分析,讨论了机构的完全各向同性、完全解耦结构特性。最后,运用adams软件对该机构进行了运动仿真分析,证明了理论分析的正确性。这种并联机构的稳定性好、刚性好、控制简单,具有良好的应用前景。     

一种新型完全解耦移动并联机构的运动和奇异性分析

提出一种新型三自由度完全解耦移动并联机构,机构的三条分支中各包含一个平行四边形结构,推导出该机构运动位置和速度的正、逆解析解,讨论了机构主动副的移动范围,并根据机构正、逆雅可比矩阵的奇异性对机构奇异位形进行了系统地分析。由于在整个运动过程中机构雅可比矩阵为三角阵,因此机构为完全解耦并联机构,这使得机构在控制和轨迹规划等方面较为简单。此外,分支中平行四边形结构增加了机构的刚度。该机构在坐标测量机和虚轴机床等方面具有广阔的应用前景。     

一种少自由度并联机构静刚度研究

并联机构,尤其是用于机加工的并联机床都需要很高的刚度要求,因此建立其刚度模型就显得尤为重要。现有的刚度建模方法多是基于集中刚度模型,但是该方法的物理意义不够明确。基于螺旋理论建立了一种少自由度并联机构的刚度模型,该方法将驱动刚度和约束刚度区别对待,物理意义明确。通过计算并联机构空间自由度,并利用螺旋方程的反螺旋解法,得出并联机构的运动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,经组合得到少自由度并联机构的完全雅可比矩阵,从而建立了其静刚度模型。建立的静刚度模型可以作为少自由度并联机构的性能评价指标,同时又可以为分析其他过约束的少自由度并联机构提供理论支持。     

基于螺旋理论的三移两转混联解耦机构型综合

针对3T2R混联解耦机构的构型综合问题,提出一种基于螺旋理论的混联解耦机构构型综合方法。首先基于运动基组合分配理论,给出3T2R五自由度混联机构所有可能的结构类型;然后基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出完全解耦并联机构构型综合方法,运用该方法可以实现各类少自由度完全解耦并联机构的构型综合;再将综合的完全解耦并联单元构型到已有的混联构型中,得到解耦混联机构构型,并用该方法完成了3T2R类五自由度混联解耦机构构型综合;最后根据约束几何分析法分析了所综合的一种混联机构的瞬时特性,给出了运动学分析,推导了机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性。     

4自由度非全对称并联机构的完整雅可比矩阵

少自由度并联机构完整雅可比矩阵为6x6矩阵,包括运动子矩阵和约束子矩阵两部分,由于前者的代数特征不能反映出机构的约束特性,在对此类机构进行运动学分析和几何参数优化设计时,必须建立完整的6x6雅可比矩阵.鉴于此,基于对偶螺旋理论,以4自由度机构2RPS-2UPS为例,给出非全对称少自由度并联机构完整雅可比矩阵的推导方法.首先,根据螺旋理论推导约束支链中的运动螺旋系和反螺旋系,并利用互易积获得约束子矩阵.其次,锁定每个支链中的主动关节,根据螺旋理论计算约束支链和全运动支链中新增反螺旋系,并利用互易积建立运动子矩阵.将约束子矩阵和运动子矩阵联立建立机构完整雅可比矩阵.最后,分析雅可比矩阵的秩,得到2RPS-2UPS并联机构产生奇异位形的条件.     

对称五自由度3R2T并联机构的雅可比分析

针对对称五自由度3R2T并联机构提出一种雅可比分析方法。首先简单回顾3R2T并联机构的自由度特性,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5阶长方阵;再利用该类并联机构的自由度特性,说明6×5阶分支雅可比矩阵的第6行是冗余信息,可将其删除,从而把分支雅可比矩阵简化为5×5阶方阵,可以证明该方阵在机构非奇异位形下满秩;在选定并联机构的驱动副后,通过对新的5×5阶分支雅可比方阵进行一系列矩阵运算,可以建立整个五自由度3R2T并联机构的5×5阶雅可比矩阵。     

对称4自由度3R1T并联机构雅可比分析

针对对称4自由度3RIT并联机构提出一种雅可比分析方法.首先运用位移群理论分析3RIT并联机构的自由度特性,得到动平台在空间的运动为四维位移流形,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5长方阵:再利用该类并联机构的自由度特性证明6×5的分支雅可比矩阵的第四行和第五行为冗余元素,删除其中之一则可把分支雅可比矩阵简化为5×5方阵,该方阵在机构非奇异位形下满秩.在选定并联机构的驱动副后,对每个分支简化后的5×5雅可比方阵求逆,再分别取出逆阵中对应于驱动副的行矢量构成一个4×5长方阵,由于该长方阵的第四列元素始终与0相乘为冗余信息,删除该列元素后得到一个4×4可逆方阵,对之求逆即得整个4自由度3RIT并联机构的雅可比矩阵.该方法简捷易行,可进一步应用于3R1T并联机构的性能分析和运动学设计.     

新型完全各向同性3T并联机构及其特性分析

针对并联机构耦合带来运动学分析与控制困难的问题,提出了一种新型完全各向同性的三维移动并联机构,该并联机构动平台和静平台之间由3条支链连接,3条支链的第一个移动副在空间中呈正交分布,使得该机构的动平台具有3个移动自由度,且输入输出一一对应。这种机构最突出的优点是运动副简单,三维移动解耦,运动学分析简单,便于该机构运动控制设计。采用螺旋理论分析了该机构的自由度及性质,确定了机构的主动副,给出了机构的位置和速度正反解,分析了机构工作空间及运动性能。根据机构输入输出关系,求得机构雅可比矩阵,验证了机构具有完全各向同性。研究结果对该机构的进一步应用具有理论指导意义。     

基于遗传算法的平面运动并联机构尺度综合

针对混联运动机床开发中所采用的二自由度平面运动并联机构部分进行了深入的研究,介绍了该平面运动并联机构的组成,推导了并联机构的运动学正、逆解求解公式,并给出了速度雅可比矩阵,以雅可比矩阵条件数的倒数作为灵巧度的标准并采用全域综合灵巧度的评价方法,基于遗传算法对该机构的结构参数进行了优化,为该机构的设计开发奠定了基础。     

对称五自由度3R2T并联机构的雅可比分析

针对对称五自由度3R2T并联机构提出一种雅可比分析方法。首先简单回顾3R2T并联机构的自由度特性,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5阶长方阵;再利用该类并联机构的自由度特性,说明6×5阶分支雅可比矩阵的第6行是冗余信息,可将其删除,从而把分支雅可比矩阵简化为5×5阶方阵,可以证明该方阵在机构非奇异位形下满秩;在选定并联机构的驱动副后,通过对新的5×5阶分支雅可比方阵进行一系列矩阵运算,可以建立整个五自由度3R2T并联机构的5×5阶雅可比矩阵。     

新型并联机器人ROBO_003的雅可比矩阵研究

运用反螺旋理论对ROBO_003三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究。采用简单的方法找到支链关节螺旋的反螺旋,从而得到了约束雅可比矩阵、驱动雅可比矩阵和完全雅可比矩阵,导出动平台的运动速度到驱动关节速度之间的映射。该方法亦可用于其他三自由度并联机器人的雅可比矩阵研究。     

一种新型4自由度并联机床构型设计与运动学分析

提出了一种能实现沿y轴、z轴移动和绕x轴、y轴转动的新型4自由度部分解耦并联机构,将该并联机构辅以能实现主轴x轴移动和x轴转动的动平台,共同组成一种新型并联机床构型;此机床机构特为涡轮叶片加工而设计。对机构进行了运动学分析,得到了运动学方程和雅可比矩阵;使用几何方法对机构的工作空间进行了分析,利用雅可比矩阵证明工作空间没有奇点,并获得了给定任务下的机构执行器所需行程长度。     

2-PRS-PRRU并联机构运动学与奇异分析

[PP]S类并联机构可实现1移动自由度和2转动自由度,具有广泛的应用前景。2-PRS-PRRU并联机构属于[PP]S类并联机构。运用螺旋理论分析2-PRS-PRRU并联机构的自由度特性,确定动平台的两条连续转轴。研究2-PRS-PRRU并联机构的伴随运动,证明该机构无伴随运动。建立该机构位置正/逆解模型,推导出位置正/逆解的解析表达式,进而求得该机构的雅可比矩阵。通过对雅可比矩阵的分析,确定机构的逆解奇异、正解奇异和混合奇异。2-PRS-PRRU并联机构具有确定的连续转轴和无伴随运动的特性,使其在实际应用中具有很大潜力。     

机器人机构上任意点速度雅可比矩阵及其自动生成

推导出串联机器人机构上任意点的速度和雅可比矩阵计算公式,在此基础上,编制出机器人机构任意杆件上任意点的雅可比矩阵自动生成程序.对于两自由度机器人和PUMA560机器人的计算实例证明了程序的有效性.该程序可作为机器人机构雅可比矩阵自动生成的实用工具.     

消除约束/驱动奇异的冗余驱动原理及并联腿机构设计

基于约束旋量理论,提出了约束奇异、驱动奇异判别准则,推导得出了消除约束驱动奇异的冗余驱动并联机构设计原理。并据此设计了一种无奇异的R~xR~yT~z自由度冗余并联2RPS-UPU+2SPS腿机构。最后,通过剖析由约束、次生约束雅可比矩阵构成的完整雅可比矩阵的秩,验证了冗余驱动并联腿机构能够完全消除约束奇异和驱动奇异。该研究成果为无奇异并联腿机构的运动规划、性能优化、尺度综合、和运动控制奠定了必要的理论基础。