混合驱动五杆机构的构型和连杆曲线变化规律的研究

从分析平面五杆机构的相对杆长关系入手 ,给出了平面五杆机构可装配条件及五杆机构中周转副存在的充要条件 ,并据此对平面五杆机构的构型进行了分析 ,得出了平面五杆机构中无条件三曲柄、无条件双曲柄、曲柄摇杆机构、双摇杆机构存在的条件 ;并借助于计算机机构仿真的方法 ,研究了双曲柄混合输入五杆机构的连杆曲线随机构尺寸参数和运动参数变化的新规律。     

平面五杆机构的构型分岔与构型保持性研究

以平面五杆机构为例,研究了机构尺度与奇异构型之间的关系,提出了一种考虑机构尺度的机构奇异构型判别方法。分析了构型分岔的复杂性,给出了一重构型分岔和二重构型分岔的判定条件。利用非线性奇异性理论,采用普适开折方法对平面五杆机构在奇异位形附近的构型保持性进行了研究,分析了装配误差、负载等扰动因素对奇异点处构型保持性的影响。     

单自由度八杆仿生机构构型与尺度同步设计方法

单自由度八杆仿生机构杆长参数较多，是仿生机器人领域研究的难点之一。为提高设计效率，提出一种构型与尺度同步设计方法。在选定的运动链和机架的基础上，以不等式形式分步给出运动可行性及外形约束条件，使得上一步的杆长可作为下一步求解的已知值。通过该过程，在得到八杆仿生机构构型的同时，快速得到所有杆长的初步可行域。循环上述过程，逐步缩小约束条件的范围，可使得八杆机构的杆长快速接近目标值。在此基础上，分类讨论了连杆搭接顺序、约束条件及基本运动链的差异对求解难度及构型结果的影响。利用所提出的单自由度八杆仿生机构的设计方法，在对初始条件进行合理选取的前提下，可在初步得到构型的同时将杆长限定在较小范围内，实现了构型与尺度的同步设计。该方法还可应用于其他单自由度机构的设计当中，具有较好的借鉴意义。     

3SPS-3PRS并联机构构型分岔特性

作为轴对称矢量喷管转向控制驱动机构的Gough-Stewart类并联机构,主要工作在奇异位置状态.在该位置,驱动平台能够获得一个绕其法线的自由转动,导致转向控制驱动机构的运动具有不确定性.为此,采用少自由度3SPS-3PRS并联机构限制该自由转动,通过对少自由度3SPS-3PRS并联机构的分岔特性研究发现,该并联机构存在尺度极限奇异位置,且输入参数的取值对由尺度极限奇异位置决定的并联机构的工作空间影响较大.对于给定的矢量状态要求,3SPS-3PRS并联机构的输入参数变化范围有可能超出由尺度极限奇异位置确定的工作空间,导致3PRS运动链产生较大的约束内应力,同时并联机构的工作空间跨越奇异位置使得动平台在通过奇异位置后的构型具有不确定性,因此该并联机构的运动奇异性问题依然存在.     

并联机构以保持构型通过奇异位置的方法

通过研究单输入参数作为自变量的并联机构构型曲线分岔特性,以及构型分岔曲线对输入参数扰动的响应,提出一种使并联机构以保持的构型通过奇异位置的扰动函数方法,并以半规则六边形Gough-Stewart并联机构为例,构造并联机构以保持的构型通过奇异位置的扰动函数.在扰动函数的作用下,并联机构以微小的误差到达奇异位置,并按原构型曲线返回.该方法解决了并联机构在奇异位置处运动不确定的问题,使并联机构能够在整体工作空间内给出确定的运动输出.     

基于运动限定机构的可重构并联机构设计

分析在特殊杆长条件下一种运动限定机构的运动特性。在不同的构型下,运动限定机构可以分别执行一个转动加一个平移运动、一个平移运动、一个转动运动。将运动限定机构与具有两个转动和两个移动运动的串联支链相结合,设计出一类具有可重构特性的混联支链。基于李群理论,得到了混联支链在不同构型下运动的群论表达式。利用三条同样的混联支链连接动平台和定平台,得到了一类新型可重构并联机构。当所有混联支链中的运动限定机构处于奇异位置时,可重构并联机构具有瞬时的6自由度。通过控制运动限定机构运行至不同的构型,可重构并联机构能切换至不同的自由度模式,可以执行四种不同特性的3自由度运动。     

双摇杆机构运动分析及设计研究

对双摇杆机构运动分析和设计方法的研究不多,有必要系统地进行相关研究。从摇杆极限位置的几何条件出发,按照主动摇杆极限位置和最长杆位置不同,分别研究了满足最短杆和最长杆长度之和大于其余两个长度之和条件的各类型双摇杆机构运动特点。给出了各类型双摇杆机构主动摇杆和从动摇杆转角与时间的关系曲线。提出了从动摇杆伪极限摆角的概念,并应用于双摇杆机构的运动分析和设计。基于运动分析结果,给出了满足最短杆和最长杆长度之和大于其余两个长度之和条件的各类型双摇杆机构解析设计方法。     

并联机构运动分岔与稳定性分析

在奇异位置处,并联机构具有多个可能的运动趋势,使机构的运动不确定,从而导致并联机构运动失控.为了了解并联机构在奇异位置处的运动稳定性,本文根据并联机构在奇异位置附近的构型分岔特性,提出了一种判定机构构型失控的构型系数方法.该方法能够准确地判定机构的优先失控自由度,给出动平台各位姿分量的失控顺序,为机构的运动控制奠定了理论基础.     

并联臂3D打印机打印空间的研究及改进

分析了并联臂3D打印机的直臂长、基杆长、连杆长和打印空间的关系,并得出在直臂长和基杆长一定的情况下,如何确定连杆长度以获得最大的打印空间。在不改变直臂长和基杆长前提下改进并联臂3D打印机的结构优化打印空间,最后分析得出改进后的结构可以达到目的。     

一种新型多连杆冲压机构的运动仿真及尺度分析

为解决冲压生产中冲压精度问题,分析了一种新型多连杆冲压机构的运动过程并优化其杆长,通过Solidworks软件建立该机构的三维模型并对其进行Motion仿真分析,结合Matlab数据处理,获得了多连杆机构的位移、速度、加速度曲线,得出了第二连杆、第三连杆、第五连杆和第七连杆的长度变化对滑块运动学曲线的影响。随着第二连杆杆长的增加,其位移曲线的最低点稳定在-915 mm左右后不再减小,随着第七连杆杆长的减小,其下死点附近的加速度基本保持不变。     

NOVEL 6-SPS PARALLEL 3-DIMENSIONAL PLATFORM MANIPULATOR AND ITS FORCE/MOTION TRANSMISSION ANALYSIS

The unique design for a novel 6-SPS parallel 3-dimensional platform manipulator with an orthogonal configuration is investigated. The layout feature of the parallel manipulator is described. Its force/motion transmission capability evaluation criteria are presented. At the orthogonal configuration, the criteria and the relationships between the criteria and the link lengths are analyzed, which is important since it can provide designer a piece of valuable information about how to choose the linear actuators. From the analysis of the results it is shown that the force/motion transmission capabilities of the parallel manipulator are characterized by isotropy at the orthogonal configuration. The manipulator is particularly suitable for certain applications in 6-DOF micromanipulators and 6-axis force/moment transducers.     

多输出3D打印冗余并联机器人的设计与分析

设计了一种新型多输出3D打印机器人,该机器人机构以Delta并联机构为主构型,以Stewart并联机构为辅助构型,在末端执行器上布置多个打印头,实现多输出。根据建立的运动学模型,分析了该机器人机构的运动学反解,得到速度雅可比矩阵,解得各驱动关节的速度和加速度。给定动平台的运动轨迹,仿真分析了机构的运动协调性,并对机构的灵巧性与静刚度进行了分析。     

三自由度并联机器人机构运动极限位置的精确解法

三自由度平面八杆机构，将其中两个原动件固定时，就成为Stephenson形平面六杆机构。该机构的输入输出角位移关系可用六次方程式来表示。因此，可用第1原动件的运动极限位移来取代六次方程式的重根，提出的这一方法同样适用于第2、第3原动件，此方法为三自由度平面八杆机构传动性能的评价指标提供了新的依据。     

避免设计位形下发生平台奇异的三自由度转动并联机器人设计方法

设计一种基于反螺旋理论的系统方法,给出了具有三个转动自由度的并联机器人的设计要求。分析了产生平台奇异时三条支链所提供的反螺旋的线性关系,利用三条支链对平台所提供的特殊约束,避免设计位形下发生平台奇异现象。给出了设计该类结构的运动副组成类型和空间放置原则。     

Singularity analysis of a novel 4-dof parallel manipulator H4

Recently, it has been shown that a novel parallel manipulator called H4 can be employed to perform high speed motion for semiconductor applications. In this new family of parallel manipulator, singularities are associated with either loss or gain of degrees of freedom (DOF). This paper deals with singularity analysis of H4 utilizing line geometry tools and screw theory. Firstly, the static equilibrium condition of the end effector is derived to obtain the full 6×6 matrix, which is set of governing lines of the manipulator. Based on linear dependency of these lines, the singular configurations of the manipulator can be identified. Moreover, in order to deal with singularities associated with loss of DOFs (serial singularity), the static equilibrium of the actuators is also defined. Secondly, architecture and constraint singularities associated with gain of DOFs (parallel singularity) are defined and analyzed using linear complex approximation algorithm (LCAA), which is employed to obtain the closest linear complex, presented by its screw coordinates, to the set of governing lines. The linear complex axis and pitch provide additional information and a better physical understanding of the manipulator’s self-motion when in or closed to a singular configuration. Lastly, various singularities of an example H4 manipulator are presented and analyzed using the proposed methods.     

3-TPT并联平台机构的瞬时运动特性

分析了一种特殊结构的 3- TPT并联机构的瞬时运动特性。首先用反螺旋分析了 3- TPT并联平台机构在初始位形下和沿垂直定台方向移动时的瞬时运动及两种位形下的瞬时运动。其次分析了该两种位形下的主螺旋。得出 :该机构在初始位形下和沿垂直定台方向移动时 ,机构有 5个自由度 ;在两种给定位形下只有 3个自由度。这种 3-TPT机构在不同的位形下性能差别很大 ,利用这种性质 ,该机构可用作五自由度微动机构 ,也可用作变自由度机构。本文的研究 ,丰富了欠秩少自由度并联机构的理论     

Optimization and Mechanical Accuracy Reliability of a New Type of Forging Manipulator

Researches on forging manipulator have enormous influence on the development of the forging industry and national economy.Clamp device and lifting mechanism are the core parts of forging manipulator,and have been studied for longer time.However,the optimization and mechanical accuracy reliability of them are less analyzed.Based on General Function(G_F)set and parallel mechanism theory,proper configuration of 10t forging manipulator is selected firstly.A new type of forging manipulator driven by cylinders is proposed.After solved mechanical analysis of manipulator’s core mechanisms,expressions of force of cylinders are carried out.In order to achieve smaller force afforded by cylinders and better mechanical characteristics,some particular sizes of core mechanisms are optimized intuitively through the combined use of the genetic algorithms(GA)and GUI interface in MATLAB.Comparing with the original mechanisms,optimized clamp saves at least 8 percent efforts and optimized lifting mechanism 20 percent under maximum working condition.Finally,considering the existed manufacture error of components,mechanical accuracy reliability of optimized clamp,lifting mechanism and whole manipulator are demonstrated respectively based on fuzzy reliability theory.Obtained results show that the accuracy reliability of optimized clamp is bigger than 0.991 and that of optimized lifting mechanism is 0.995.To the whole manipulator under maximum working condition,that value exceeds 0.986 4,which means that optimized manipulator has high motion accuracy and is reliable.A new intuitive method is created to optimize forging manipulator sizes efficiently and more practical theory is utilized to analyze mechanical accuracy reliability of forging manipulator precisely.     

Reciprocal screw theory based singularity analysis of a novel 3-DOF parallel manipulator

Singularity analysis is an essential issue for the development and application of parallel manipulators.Most of the existing researches focus on the singularity of parallel manipulators are carried out based on the study of Jacobian matrices.A 3-DOF parallel manipulator with symmetrical structure is presented.The novel parallel manipulator employs only revolute joints and consists of four closed-loop subchains connecting to both base and platform via revolute joints.The closed-loop subchain in each chain-leg is a spherical 6R linkage.The motion characteristics of the output link in the spherical 6R linkage with symmetrical structure are analyzed based on the interrelationships between screw systems.The constraints that are exerted on the platform by each chain-leg are investigated applying the concept of generalized kinematic pair in terms of equivalent screw system.Considering the geometric characteristics of the parallel manipulator,the singularity criteria of the parallel manipulator corresponding to different configurations are revealed based on the dependency of screw system and line geometry.The existing conditions of certain configuration that a singularity must occur are determined.This paper presents a new way of singularity analysis based on disposition of constraint forces on the geometrically identified constraint plane and the proposed approach is capable of avoiding the complexity in solving the Jacobian matrices.     

基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解

针对采用牛顿或拟牛顿迭代算法求解Stewart并联机构接近奇异位姿的位置正解时存在计算结果不收敛以及采用牛顿下山迭代算法求解时间较长的问题,提出了将调整步长牛顿法应用于并联机构位置正解。首先设计基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解流程;然后,采用遗传算法以步长矩阵初值及等比参数为变量,以Stewart并联机构64种极限位姿正解所需迭代步数为目标,得到步长矩阵初值及等比参数最优值。通过数值算例,设置机构杆长绝对误差为0.01mm,对64种极限位姿进行正解,牛顿法与拟牛顿法共6种位姿正解不收敛;牛顿下山法10种位姿正解时间大于2.0ms;调整步长牛顿法正解时间均小于2.0ms。调整步长牛顿法为Stewart并联机构位置正解的实时应用提供了理论指导。