半对称三平移Delta-CU并联机构的刚度建模与分析

研究了Delta-CU机构的刚度及其特性，运用虚拟弹簧法建立了支链的柔性模型，并给出了支链的静力学方程。利用旋量方法得到了支链中的运动微分映射，根据静力学方程得出机构的笛卡儿空间刚度矩阵，并通过有限元分析验证了矩阵的正确性。最后，利用虚功刚度指标对给定参数下的Delta-CU机构进行算例分析，并将其与Delta机构进行了比较，结果表明Delta-CU机构与Delta机构具有基本相同的刚度特性。     

皮带传动简便算法举例

一、平皮带如 R=350mm,r=75mm,A=1200mm1、对于开式传动 K_2=A/(R-r)=1200/(350-75)=4.364由〈2〉式可得 K_1=4.480查表得相应值 L=π(R r) 2(R-r)K_1代入〈1〉式 =3.1416(350 75) 2(350-75)×4.480=3799.18 mm     

一种零耦合度且运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R的设计及其运动学

零耦合度(κ=0)及输入-输出运动解耦的三平移一转动(3T1R)并联机构,不仅运动学、动力学分析简单,而且运动控制与轨迹规划容易,因而在制造业中具有潜在的运用前景。根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和方法,设计出一种零耦合度且部分运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R,并对之进行拓扑特性分析,给出了其方位特征POC、自由度DOF、耦合度κ等主要拓扑特征;基于序单开链(SOC)的运动学建模原理,给出了该机构位置正解求解的封闭形代数方程,并求得其数值解;基于导出的机构位置反解公式,分析了机构产生三种奇异的几何条件;同时,求解了机构的工作空间和转动能力;给出了该操作手机械结构设计的三维CAD模型。研究成果为该操作手的运动尺寸优化、样机研发以及动力学研究奠定了理论基础。     

圆弧曲面加工靠模曲线方程的确定

仿形车机构仿形车机构(见图1所示)。刀杆在弹簧的作用下,滚轮紧压在靠模板上,并随刀架沿着走刀方向在靠模上移动,由此切削出圆弧回转曲面零件。为了讨论方便,图1机构运动简图简化成图2的形式。并将坐标轴OX取在刀杆的水平轴上,OY轴取在零件对称轴上。工件曲线即P(x1,y1)点的运动轨迹为已知,图中所示l1,l2,α,β,yo,a,b和R为已知量。滚轮中心轨迹方程以AB杆的转角φ和OM=X为参数则x1=X-l1cos(α+φ),y1=l1sin(α+φ)和x2=X+l2cos(β-φ)y2=l2sin(β-φ)因为P(x1,y1)在给定圆弧上则x2+(y1-y0)2=R2x1,y1代入上式得X=l1cos(α+φ)±R2-犤…     

基于Lagrange方程和二阶影响系数矩阵的Delta并联机构约束力分析及仿真研究

针对并联机构约束力分析过程复杂、计算量较大的问题,以三平移Delta并联机构为例,对其约束力进行了仿真分析和实验研究。首先,建立了Delta并联机构的Lagrange动力学模型,采用二阶影响系数矩阵建立了驱动滑块的加速度数学模型,并进行了求解验证;然后,对并联机构中的驱动滑块进行了受力分析,得到了球铰处的约束力方程,并使用MATLAB求解了该方程,在ADAMS中验证了该方程的正确性;最后,使用Delta并联机构和陀螺仪进行了试验,得到了驱动滑块的加速度和竖直方向约束力数据。研究结果表明:使用Lagrange方程和二阶影响系数矩阵对Delta机构进行约束力分析,不仅能得到正确的约束力分析结果,还可以简化分析过程,得到较为规范、简洁的球铰约束力方程,并大幅度降低理论推导过程的复杂度;该结果可以推广至其他并联机构的约束力分析,为并联机构约束力分析提供新的方法。     

基于2R伪刚体模型的柔顺机构动力学建模及特性分析

柔顺机构是利用机构中柔性构件的自身变形来实现运动、力和能量的传递和转换的一种新型机构,是机构学研究领域的前沿课题之一。以柔顺机构中的柔顺杆为研究对象,基于2R伪刚体模型(Pseudo-rigid-body model,PRBM)提出末端受不同载荷形式(力矩或垂直力)作用下的动力学新模型,分析其动能和变形能,应用拉格朗日方程推导其动力学方程。通过与1R伪刚体动力学模型(Pseudo-rigid-body dynamic model,PRBDM)对比,从方程特征、响应曲线等方面分析各动力学模型的特点,从而展示基于2R伪刚体模型的动力学模型优越性,并以平行导向柔顺机构为例验证了模型的有效性。分析结果表明,基于2R伪刚体模型的动力学模型不仅可以反映柔顺杆整体大范围变形状况,而且描述出杆件内部局部变形状况,可以更真实地体现柔顺机构的动力学特性,更加适合于柔顺机构的动力学分析与设计。*     

基于空间几何的无伴随运动并联机构分析与综合

一移动两转动(1T2R)三自由度并联机构普遍存在的伴随运动对机构的运动精度及性能有不利影响,为得到一系列1T2R无伴随运动的并联机构,利用空间几何理论及螺旋理论对无伴随运动并联机构进行分析与综合.基于空间几何理论分析了无伴随运动并联机构的转轴条件,结合螺旋理论分析了该类机构动平台平面与约束螺旋的空间位置关系,将至少拥有1T2R自由度的支链分成4类,分析[R]-型支链在不同支链布局下的约束螺旋位置及转轴位置对伴随运动的影响,从而给出了1T2R无伴随运动并联机构的构型准则及结构条件,并通过构型综合得到了105种无伴随运动并联机构.对一种新型2RPU-RPRU无伴随运动并联机构进行了运动学分析,验证了该方法的正确性.     

一种低耦合度半对称球面并联机构的设计、拓扑分析与运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计了一种低耦合度半对称的三转动(3R)球面并联机构,分析计算了该机构输出运动的方位特征集(POC)、自由度以及耦合度(κ=1)三个主要拓扑特性;其次,运用序单开链法运动学原理求解了位置正解的数值解。再次,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析;最后,利用Matlab给出工作空间中的奇异轨迹。     

一种三平动并联机构的设计与运动学分析

针对Delta并联机器人在食品、医药、电子等轻工业上的广泛应用,对一种T型轴铰链Delta三平动并联机器人的构型设计进行了系统研究。分析了运动副在机构组合中自由度约束关系,得出了一种最小支路位移参数特性,以此遴选出3TOR并联机构所含的支路类型,综合出多组三平动并联机器人机构。经过机构演变法,设计出一种支路类型为HSOC{■}的新型T型轴铰链的Delta并联机器人机构。并基于位移参数特性,验算了其机构空间自由度。基于设计的Delta并联机器人机构,进行了运动学分析,建立了逆解位置模型、正解位置模型和速度模型。     

基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型：两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。     

支链偏置的并联机构工作空间分析及尺度综合

以设计结构紧凑、工作空间大的力/触觉反馈器为目标,研究了Delta并联机构的运动学和工作空间特性。在改进Delta机构的基础上,引入支链机构的偏置安装角度α,利用矢量法求解了机构的位置逆解和正解,并通过算例验证了方程求解正、逆解的正确性;根据逆解公式推导出单开链子空间包络体边界方程,绘制分析了驱动杆与摆动杆长短不同时3种情况下的子空间几何形状。然后,详细讨论了α对整体工作空间和机构总体外围尺寸的影响,采用数值法得出了偏置安装角度α与工作空间最大内切球体体积的关系图、偏置角度与整体外围尺寸的关系图,并利用matlab绘制出整体空间截面图。最后,以上述最大内切球体为设计空间,结合雅克比矩阵条件数给出设计实例。验证结果表明,采用该设计方法能够满足对Delta机构的优化设计要求。     

具有符号式位置正解的2T1R并联机构逆向动力学分析

以一种具有符号式位置正解且能够实现两平移一转动(2T1R)的新型三自由度并联机构为研究对象,建立并求解了其逆向动力学方程。首先,采用基于拓扑特征的运动学建模与求解方法,给出了机构的符号式位置正解,并基于位置正解导出速度、加速度方程;其次,通过以混合支链为单元的拆杆法,运用牛顿-欧拉法构建并求解了机构的逆向动力学方程;最后,运用ADAMS设计机构虚拟样机,对其进行动力学仿真,同时,运用Matlab对其逆向动力学方程进行理论数值计算与验证,理论值与仿真值表明三个移动滑块所受的驱动力最大误差分别为4.71%、2.87%、3.7%。该分析为进一步研究该机构的动态特性、运动控制等奠定了理论基础。     

基于双偏心轮驱动机构基本参数的运动轨迹的分析与研究

偏心轮在实现机构运动方面具有重要作用。根据偏心轮驱动的特性,推导双偏心轮机构了运动方程,进行了从动件运动轨迹综合分析,得到了双偏心轮基本参数(偏心距,偏位角等)的变化对轨迹的综合影响,分析了采用双偏心轮机构作为单向间歇运动机构的特点,综合了单向间歇运动特性与参数设计的关系。结果表明,偏心距e1、e2与偏心轮直径R1、R2相关,水平运动行程h与偏心距e2相关,e2越大,h可越大,同时产生的冲击越大,在设计中应综合考虑运动参数与载荷特性的关系,在满足运动规律的前提下,偏心距尽可能取小值。该结论为工程设计和应用提供了理论支撑。     

2-(CRR)2R结构降耦并联机构及其运动学分析

提出一种能实现三移动一转动(3T1R)的新型完全对称4-CRU并联机构,其4条支链结构完全相同。基于单开链理论及结构降耦原理,对4-CRU并联机构进行结构降耦设计,得到耦合度κ=1的低耦合度2-(CRR)_2R并联机构。其优点在于动平台由两条混合支链并联构成,且支链完全对称,机构姿态转角相对较大。2-(CRR)_2R并联机构耦合度降为1,极大地降低了机构位置正解的难度,有利于机构运动学分析。根据该机构的几何关系与运动约束,建立位置正解的一维搜索模型,再应用黄金分割法求出全部高精度位置正解。推导出机构位置逆解方程,应用数值实例验证了位置正、逆解的正确性。采用矢量法对机构动平台速度及加速度进行分析,得出速度及加速度正、逆解,并利用MATLAB软件编程进行数值计算。同时,应用Adams进行运动学仿真分析,验证了自由度分析的正确性;其运动学分析曲线与MATLAB计算结果一致,表明文中建立的解析模型和分析方法是正确、可行的。     

一种2R1T空间并联机构及其位置分析

介绍了一种能实现一维平动和二维转动(2R1T)空间并联机构。首先,运用螺旋理论分析了该并联机构实现2R1T运动机构学原理,计算出该机构的自由度;然后,建立该并联机构的位置方程,解出其位置正、逆解;最后,通过一组数值实例验证了位置正逆解的正确性。该机构是由3条完全相同支链组成的并联机构,结构比较简单,是对S类并联机构的重要补充,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。     

六足农业机器人并联腿结构设计与位置分析

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种1平移2转动(1T2R)六足农业机器人并联腿机构。首先,基于方位特征集方法,综合得到一批满足功能要求的并联腿机构;然后,根据农业实际应用需求,优选得到一种性能优越的机构,该机构具有结构简单、工作空间大、控制方便等优点;最后,对优选的机构进行了位置正逆解分析。分析结果表明,该机构正逆解简单,正逆解均可进行解析求解,且正解方程最多具有4组解。     

一种2R1T空间并联机构及其位置分析

介绍了一种能实现一维平动和二维转动(2R1T)空间并联机构。首先,运用螺旋理论分析了该并联机构实现2R1T运动机构学原理,计算出该机构的自由度;然后,建立该并联机构的位置方程,解出其位置正、逆解;最后,通过一组数值实例验证了位置正逆解的正确性。该机构是由3条完全相同支链组成的并联机构,结构比较简单,是对S类并联机构的重要补充,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。     

一种冗余驱动并联机构的设计与奇异性分析

在Delta机构的基础上提出一种含冗余驱动的三平移并联机构。基于螺旋理论计算了该并联机构的自由度,分析了位置反解,推导出雅可比矩阵,结合Gosselin奇异分析法,对Delta机构的奇异位形进行分析并找出两种新的奇异位形。将Delta机构和冗余驱动并联机构的奇异性进行比较,为了验证理论分析结果,引入可操作度这一运动性能指标,基于数值法对两种机构的奇异性进行比较。理论分析结果表明冗余驱动并联机构可以实现和Delta机构相同的功能,但其第二类奇异位形明显比Delta机构少;数值分析结果表明选取合适的工作空间和机构参数可减少并联机构的奇异位形,同时也验证了理论分析结果的正确性。     

一种3-CRR三维平移正交并联机构的运动学分析

分析了以转动输入为主驱动时的3-C//R//R三维平移正交并联机构的运动学问题.根据杆长约束条件,建立约束方程,给出了完全封闭形式的位置反解.应用Sylvester消元法推导出了位置正解的一元八次方程,确定了其全部8组位置正解,推导了速度和加速度分析的解析表达式.用数值实例验证了位置正反解结果的正确性,应用ADAMS软件对机构进行了运动学仿真,结果与理论分析一致.研究结果与结论为该机构的设计及实用化提供了理论依据.     

基于单开链单元的2T-2R并联机构正运动学分析

提出了空间并联机构正运动学速度、加速度分析的一种新方法———序单开链(SOC)法。该方法依据机构的拓扑结构特征,采用相同的序单开链分解线路,建立了与机构位置分析模型相统一的机构速度、加速度分析模型,得到了维数恰等于机构耦合度的并联机构速度、加速度方程。以一种2T-2R并联机构为实例,给出了其速度、加速度分析。