含运动分岔闭链的多运动模式并联机构

为了探究变自由度可伸展机构、多轴联动多面加工机床和多步态灵活移动装置等新兴可重构装备的执行机构设计问题,课题组设计了含运动分岔闭链的多运动模式并联机构。并基于螺旋理论对分岔闭链、含分岔闭链的混联支链及并联机构的多种自由度进行研究。课题组提出了一种URRC(万向节-转动副-转动副-圆柱副)构型的运动分岔闭链,该闭链处于奇异位形时有2自由度瞬时运动,一般位形时有单自由度整体空间连续转动或单自由度平面连续运动。进一步,将URRC运动分岔闭链与5自由度RRS(转动副-转动副-球面副)开链串联,得到了一种具备5自由度和6自由度2种独立运动模式的混联支链。最终,将3条对称布置的URRC-RRS混联支链组装为运动分岔并联机构,该并联机构具有3转3移、3转2移、3转1移和2转1移4种运动模式。     

基于少自由度主动支链的2 R1 T并联机构

针对空间串联机构的工业机械臂在执行加工操作任务时,普遍存在刚度强度较差、重复精度较低、能耗较高等缺点。基于3条少自由度主动支链,课题组设计了一种具有2R1T自由度的2-RPU/RPS并联机构。计算并验证了2-RPU/RPS并联机构的自由度,获得了解析形式的位置逆解,证实了该机构仅可能发生运动学正解奇异;依据课题组提出的基于边界数值搜索法的工作空间求解流程,证实了动平台具有沿X方向约80°的较大姿态转动范围;通过Solid Works虚拟运动仿真获得了2-RPU/RPS并联机构驱动位移变化曲线。仿真结果表明:机构各驱动位移变化曲线均波动较小且在合理取值范围,说明驱动器运转平稳、能耗较低。本研究可为基于并联机构的复杂曲面工件多轴加工装备研发提供有益的参考。     

仿人关节并串结构位姿求解算法研究

针对用于脑卒中患者上肢的康复训练,针对肩关节和肘关节运动的特点,课题组提出了一种6自由度仿人关节并串机构。该结构是由2种不同位姿并联机构进行并串组合而成,课题组利用Kutzbach-Grüble公式对其进行了自由度的求解;采用解析法对该机构进行位姿分析研究,运用了球面三角形余弦定理来分析机构运动中弧形杆弧长不确定的情况;采用分部求解法把整体问题拆分成2个互有关联的部分进行求解。结果表明:与传统的对整体结构直接求解的方法相比,课题组采用的求解算法大大减小了求解的计算量。文中研究的方法适用于同类型位姿分离的并串组合,对其他同类型结构的位姿分析具有参考意义。     

基于2 UU-UPU并联机构的4足机器人设计

针对串联4足机器人负载能力低及由误差累积导致的控制精度低的问题,课题组采用2UU-UPU并联机构作为4足机器人大腿基本构型,并在动平台上添加一长杆作为小腿结构设计了新型4足机器人.首先基于修正的Kutabach-Grübler公式计算单腿机构的自由度并进行验证;其次利用几何关系求解该结构的逆解表达式;然后基于结构的约束...     

具备大转动能力的2-PUR-PSPR并联机构

针对目前复杂曲面工件加工时,需要加工设备具备大转动能力的需求,课题组提出了一种新型的RXRYTYTZ4自由度2-PUR-PSPR并联机构。机构同时采用移动外副和内副驱动,通过相互平行的大行程移动外副的驱动方向变换,辅以移动内副伸缩驱动的调节作用,控制动平台的运动。课题组基于螺旋理论和修正的Kutabach-Grübler公式,计算并验证了该机构的自由度;由机构闭环矢量方程建立位置逆解模型,并借助定杆长等约束条件,获得了该机构位置逆解解析式;基于边界搜索算法,应用MATLAB软件,求解出动平台Y轴方向位移恒定时机构的RXRYTYTZ工作空间。在Solid Works软件中进行仿真分析,结果表明:该机构具有工作空间范围大,动平台转角范围大,运行稳定等优点。课题组的研究可为大姿态转动能力机构设计提供一定参考。     

3轨式横向对称分布6-PSS并联机构及性能优化

针对多滑块共轨式6-PSS并联机构存在的姿态工作空间小、容易奇异等问题,课题组提出一种3轨式分布的6-PSS并联机构(P为移动副,S为球副)。该并联机构杆件长度和轨道间距呈不均匀布置,以提升姿态工作空间;采用闭环矢量法进行位置分析,通过极限边界搜索法求解工作空间;基于运动/力传递指标对机构性能进行评估,并采用性能图谱法基于全域指标GTI进行机构尺寸优化。结果表明优化后机构运动/力传递性能有显著提升,同时姿态工作空间也得到提升。该机构在工程上有一定的实用性。     

6-UPS钢带并联机器人的位置分析及其仿真

研究了一种具有三角形平台的6-UPS钢带并联机器人机构。证明了该机构在初始位置和一般情况时。机构做三维平动。运用解析几何中的坐标变换和投影。得出一种有效求解位置反解的新方法,通过MATLAB软件对该方法进行了仿真和验证。6-UPS钢带并联机器人作为并联机器人的一种新的结构形式,其操作灵活性和运动性能都有较大的改善。该机构可应用于狭窄管道和深孔中的移动检测作业、水果的自动采摘等方面。     

六由度并联机器人位姿控制分析与仿真

利用刚体空间六个自由度运动原理,以Stewart平台为例,介绍了并联机构正反解的基本原理。并针对并联机构更困难的正解问题,利用Matlab设计一个图形加数字坐标仿真程序,可以方便地求得并联机构符合实际客观条件的位置解,并直观地观察各杆件之间的空间关系。     

新型六自由度铆孔机器人刚度特性研究

针对高端制造业对大型、薄壁及复杂曲面工件的精密、高效和柔性加工的需求,课题组设计了一种基于6-SPU并联机构的新型步行式铆孔机器人。首先,建立了机构的位置逆解的数学模型;然后,通过螺旋理论推导出机构的雅可比矩阵,同时考虑支链的刚度系数,建立了机构的全刚度矩阵及刚度模型;最后,对机构在静载荷作用下动平台变形进行了分析,同时分析了机构的刚度特性分布及相关参数对其的影响,并和有限元仿真结果进行对比,验证了刚度模型的合理性。该研究为自动铆接机器人的结构优化及性能分析提供了参考依据。     

4PRR-P混联加工机构运动学研究

由于平面并联机构存在着动平台灵活度低,容易产生机构奇异,工作空间小等缺点,课题组提出了一种新型4PRR-P混联加工机构。基于螺旋理论验证了机构的自由度特征,建立了机构位置逆解数学模型,确定了机构的奇异位形。采用数值搜索法求解了机构的工作空间,通过考察各尺度参数对工作空间的影响,优选得到了机构的关键尺度参数。相关数值计算及运动仿真结果表明该机构可以解决平面并联机构存在的灵活度低、容易产生机构奇异、工作空间小等问题。文中运动学模型及性能分析结论合理正确,相关成果可为机构动力学分析、结构设计提供参考。     

基于螺旋理论的3-RRS并联机器人运动学分析

提出了一种新的3-RRS并联机器人运动学分析方法：应用螺旋理论建立了螺旋和反螺旋模型,通过模型分析得其运动自由度与KutzbachGrubler公式计算结果一致;推导了并联机器人的位置正反解模型,用仿真软件Matlab中牛顿迭代法进行了先正解后反解和先反解后正解计算,验证了数值的正确性．该方法同样适用其他并联机器人,具有应用价值．     

一种新型烹饪并联机器人位置与工作空间分析

提出了一种基于新型并联机构的烹饪机器人。首先对人工烹饪时锅具的运动进行分析,设计了旋锅、颠锅、翻锅、倾斜4个基本动作;然后依据4个基本动作,设计了2RRPS/SPS并联机构作为烹饪机器人的工作平台。运用解析几何法求得工作平台位置正反解表达式,并利用MATLAB软件验证了位置正反解表达式的正确性,通过运动仿真验证了该烹饪机器人的有效性。     

解析法设计函数生成机构

用解析法设计函数生成机构，要解决的关键问题是两连架杆位置方程式的求解。对于3组对应位置的线性方程组，用矩阵法可快速求解；对于5组对应位置的非线性方程组，先取3个方程推导出有关参数表达式，代入另2个方程，用限制计算精度的方法求解，该法快捷方便，而且能保证有3个精确解、2个满足一定精度的解。     

伤员转运机器人自平衡系统的运动学研究

为了提高复杂灾变环境中伤员的救援效率和成功率,提出一种具有3R1T的4-UPS/PS并联机构作为伤员转运机器人的自平衡系统。利用螺旋理论对自由度进行分析并通过修正的G-K公式进行检验;采用封闭矢量法求得各杆长与动平台位姿间的关系;建立数值解方程,采用牛顿迭代法求解位置正解,利用数值验证正解的精度。通过ADAMS仿真软件对自平衡器的平衡过程进行运动性能仿真分析。实验结果表明机构运动性能优越,驱动性能良好,具有很强的可控性和稳定性,适用于救援转运机器人。     

折纸启发的空间可折展末端执行器设计

为解决多自由度可折展机构及折纸机器人等末端执行器的控制问题,课题组提出了一种外部链节间接控制刚性折纸机构的方法。该方法中的机构无需组装,降低了系统的复杂性,且单自由度驱动可使得刚性折纸机构可逆地折叠和展开。课题组将刚性折纸机构与单环闭链机构进行结合,提出了一种空间可折展末端执行器;该末端执行器采用3个固接Bricard机构为外部链节,只需要1个旋转驱动即可控制空间3自由度末端执行器的折展过程。课题组首先对外部链节进行了运动学分析,然后对外部链节进行驱动设计,最后对整个末端执行器进行仿真实验分析。结果表明在外部链节的控制下,能够实现单个驱动控制3个自由度末端执行器的同时收放,验证了理论分析的正确性。用外部链节控制刚性折纸机构的方法只需要最小的驱动力可实现复杂的运动。     

新型二自由度移动并联机构设计

针对工业设备快速抓取物件的需求,基于并联机构具有的优点,提出了一种二自由度可快速移动的并联机构。对该机构的运动学进行分析研究,创建该平面二自由度的运动学模型,利用勾股定理推算出该机构的正反解,继而得到雅克比矩阵。最后利用杆件约束等条件得到该机构的工作空间。通过SolidWorks和MATLAB仿真软件求正反解验证了设计的正确性。该并联机构的横向位移较大,满足设计要求。     

六自由度并联机构的误差分布研究

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明:不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。     

高线性力输出的多维复合加载装置设计

针对航空关键部件多维复合加载中高线性力加载的工况,提出6-SPS+P并联机构构型,实现对线性力、扭矩和弯矩的独立测量,可以满足线性力大量程和总体测量精度要求。分析机构工作空间,得出球铰链最大转角和支链长度的变化规律,确定机构几何参数。分析机构受力,确定各支链所受最大推力和拉力。     

基于虚拟样机技术的一种新型3P-1R并联机构的运动学仿真

基于单开链单元的并联机器人机构组成原理,构造了一种能实现空间三维移动和一维转动的3P-1R并联机构;运用CAXA实体设计软件创建了该并联机构的三维参数化模型;通过CAXA与ADAMS之间的数据交换,实现了AD-AMS环境下该新型3P-1R并联机构虚拟样机的运动学仿真.结果表明,新型3P-1R并联机构虚拟样机构建合理,运动学仿真可信,为其物理样机的试制奠定了基础.     

一种并联多指灵巧手的设计与运动学分析

针对串联灵巧手的不足,利用并联机构的优势,设计并分析了一种新型多指灵巧手。根据构型综合方法,提出了一种三自由度的并联手指机构并对其进行运动学分析;基于手指机构的构型,设计出相适应的手掌,将其组合成多指灵巧手;分析并联多指灵巧手抓取能力和可达工作空间,与串联灵巧手的性能进行对比。结果表明,以并联机构设计的多指灵巧手具有良好的运动性能和工程应用前景。