用计算机几何技术求解多自由度平面机构的运动

综合采用计算机辅助几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术，构造一些典型的多自由度平面连杆模拟机构。给定每个输入件的驱动尺寸，确定输出件被驱动尺寸，求解输出运动杆件位姿。利用CAD软件的记录功能，得到机构输出杆件位姿数据。用Excel软件拟合位姿数据，得到每个输入件驱动尺寸与输出件被驱动尺寸位姿拟合曲线和拟合方程。求解了机构输出件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，该方法简捷直观、求解精度高、重复性好，而且可以完成复杂机构和多自由度机构的运动分析，为机器人和复合运动机构的运动分析提供更有效的工具。     

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。     

基于四元数的6—UPS机构奇异性分析

采用四元数法描述6—UPS机构位姿矩阵,并把该矩阵和矢量坐标扩展为4维形式,推导出机构的运动方程,通过求导得到了机构运动的新型雅克比矩阵JA和JB,其中,JA是用四元数来描述并且不含超越变量。根据四元数的性质,把矩阵JA转化为8维方阵,使之适用于分析位置奇异和位姿奇异。分别把JA和JB的行列式展开,得到机构第一类奇异和第二类奇异的轨迹方程,利用MATLAB得到了机构在给定位置时的第一类位姿奇异轨迹和第二类位姿奇异三维轨迹曲面。实例验算证明了该方法所得矩阵求解方便的优点。     

3SPS+1PS并联仿生试验机误差建模与仿真

3SPS+1PS并联髋关节仿生试验机能否模拟人工髋关节的理想试验状态是正确评价关节材料特性的关键,因此,对此并联试验机整机误差建模及仿真成为必须。首先运用四元数法对其动平台位姿进行描述,建立了基于矩阵全微分理论的整机误差分析模型。通过计算机仿真,讨论了机构参数对位姿精度的影响,同时计算了单一结构或驱动参数误差变化时,输出位姿的变化趋势。由仿真结果知,输出误差中X轴误差和参数q误差较大,Z轴误差与参数n误差几乎为零。最后,对设计过程中机构参数的合理选取提出建议,为实际误差的补偿与控制提供了一定的理论基础。     

一种新型3-RPS并联机构的刚度特性分析

对于少自由度并联机构,当机构静止时,其动平台的位姿变形为三维的线变形和三维的角变形。基于雅可比矩阵建立的静刚度模型不能定量描述动平台在非自由度方向的位姿变形量。针对此问题,从单元柔度矩阵的角度对机构静刚度进行了研究。首先通过小变形叠加原理得到单条支链末端变形量。然后基于刚体上任意两点的运动规律,建立各支链末端变形量和动平台位姿变形量的关系。最后基于力的平移定理,通过建立动平台的力平衡方程得到机构的完整静刚度模型。以一种转动副轴线平行布置的新型3-RPS并联机构为例,结合数值算例求解了动平台的全部位姿变形量,通过与ANSYS的有限元结果进行对比,验证了该建模过程的正确性。     

3-RSR/SP并联车载天线机构运动及力学特性分析

提出了一种新型3-RSR/SP并联式车载天线机构,基于螺旋理论分析机构自由度,发现在不同状态下机构自由度可变;建立机构的静力平衡方程和变形协调方程,并绘制不同工况下机构各构件所受力与机构位姿之间关系曲线;与3-RSR并联机构进行对比,所提出的机构驱动力矩较小,验证了其中间支链具有静力卸载作用。考虑车载天线的实际工况,通过拉格朗日方程法分别建立机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,并绘制与之相应的机构驱动力矩变化曲线,表明基座运动对驱动力矩影响较大。所提出的构型有助于拓宽并联机构在天线领域的应用,特性分析对后续样机研制具有一定参考价值。     

具有2R1T和3R运动模式的并联机构综合

使用位移流形理论综合了具有2R1T与3R两种运动模式的并联机构。选取了一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,这种并联机构具有2R1T与3R两种运动模式。这种机构在两种运动模式的一般位形下,使用2个移动驱动副和1个转动驱动副实现对机构的控制。这种机构在两种运动模式的变换位形下,机构处于奇异位形,机构的自由度增加为4。支链2中配置1个辅助移动驱动副,支链2中的转动驱动副和辅助移动驱动副在机构运动模式变换时工作,实现并联机构在2R1T与3R两种运动模式之间变换。     

3-RPUU并联机构的奇异分析

3-RPUU是一种含UU支链的对称六自由度并联机构,通过计算其瞬时运动螺旋,分析了该机构的奇异位形。首先根据机构几何参数、输入量与动平台输出量计算了支链运动螺旋;然后采用封闭式矢量法,并结合各运动副回转轴线的几何关系,求出机构的位置反解与回转轴线的方向角,进而确定了动平台任意位姿时各运动副的瞬时运动螺旋;最后,根据瞬时运动螺旋推导了机构的奇异位形产生条件,并通过实例证明其适用性。     

助行训练机器人骨盆位姿机构动力学分析

为了辅助偏瘫病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构,根据该机构的原理和组成,利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程,并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算,得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明:该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,通过控制x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩,可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。     

一种新型轴/径向伸缩式轮胎成形鼓机构自由度分析

针对一种用于子午线轮胎成形的新型轴/径向伸缩成形鼓机构,应用叠加原理,将成形鼓机构以自由度相等的基本驱动单元进行拆分。通过进一步对驱动单元进行结构分解,得到平面六杆机构及三杆四副支链等基本运动链。运用螺旋理论,对各简单平面机构及支链进行局部自由度、虚约束及公共约束的判定,分别计算其自由度;并依据广义运动副替代原则,得到多个子链组合而成的复杂多环路机构的自由度。通过对成形鼓机构的结构分解,得到了机构自由度数并对其性质进行了判定。