一种新型三自由度混联转台的尺度优化分析

提出一种新型三自由度混联转动平台机构,该转动平台相对于机架具有三个纯转动自由度,能够实现平台横摇、纵摇和回转运动;提出并联机构承载能力和驱动经济性两个优化指标,基于Adams环境获得设计变量对优化目标的影响;对于无法采用两个指标统一的设计变量,对其进行无量纲化、加权处理,采用多目标优化方法建立统一的目标函数;同样对回转装置的外轮廓进行优化,基于优化得到的并联机构尺寸,最终获得混联转台的关键结构尺寸。该新型三自由度混联转动平台承载能力高、回转范围大,在方位跟踪、运动模拟等领域具有广泛的应用。     

一种大摆角五轴联动混联机床设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度混联机构和二自由度运动平台组成的五轴联动混联机床构型,运用螺旋理论分析该机构的运动原理。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床构型的运动学特性进行分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性。研究表明,具有该结构的机床可实现较大摆角的加工工作,刀具的摆角可达(-40°~90°),通过五轴联动和刀具的大摆角转动,可实现对复杂工件的五面精密加工。     

两种三自由度并联角台机构的转动空间分析

传统的三自由度转动并联机构的各分支之间存在有多个空间汇交于一点的转动副轴线。这种严格的几何条件给机构的加工制造带来很大的难度,增加制造成本,且不容易保证加工精度,严重制约这类机构的应用。为解决上述问题,提出一类新型的无汇交轴线的三自由度转动并联机构。这类机构的动平台具有三个转动自由度,能够实现空间任意给定姿态,且各分支之间没有空间汇交的转动副轴线,很容易进行加工制造和保证制造精度。通过对两种具有这类运动特点的三自由度并联角台机构进行运动学求解和转动空间分析,可以看出这类机构能够实现期望的三个转动自由度,且具有较大的转动空间,可以用作姿态控制装置。     

一种新型混联机床的机构设计与运动学分析

提出了以四自由度1PS+4TPS型混联机构为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型混联机床的布局设计方案。该混联机床方案中定平台通过4个结构完全相同的TPS驱动分支以及一个PS约束分支与动平台相联,动平台可以实现一维平动和三维转动,该方案具有可实现姿态角大、工作空间大等优点。对主进给机构进行了机构设计,推导出了主进给机构一、二阶运动影响系数矩阵,建立了主进给机构封闭形式的运动学方程。文中给出了运动学分析的数值实例。     

[PP]S类并联机器人机构姿态描述方法

具有至少两个转动自由度的空间并联机器人机构的姿态描述是机构运动学分析的一个重要内容,描述方法对机构性能分析起着重要作用。[PP]S类并联机器人机构(连接动平台的三个球铰链始终在固定的平面内作平面运动的并联机器人机构)的动平台具有一个移动和两个转动自由度,是并联机器人机构的重要分支之一,位姿描述也是国内外研究的重点。介绍一种用两个角度描述 [PP]S类并联机器人机构姿态的方法,采用该姿态描述方法,[PP]S类并联机器人机构的位姿描述参数可以减少到5个,而且没有绕垂直于动平台平面的轴线的转动伴随运动,减小了此类并联机器人机构运动学分析的难度。与采用3个欧拉角的姿态描述方法相比,这种方法具有运动学描述简单以及伴随运动和姿态工作空间描述方便等优点,符合工程应用需要,是值得推广的一种姿态描述方法     

一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。     

刚体两次转动姿态描述方法的内在联系

并联机构动平台姿态描述的方法有多种,不同描述方法给机构运动学分析的难易程度带来不同的影响,所以选取合适的姿态描述方法对机构分析非常重要。并联机构的动平台可视为受约束的刚体,而描述刚体姿态的方法之间存在着内在联系,所以揭开刚体姿态不同描述方法之间的内在关联性,有助于选取合适的刚体姿态描述方法。对并联机构动平台绕两相交轴线的转动关系进行了分析,得出动平台绕某一轴线转动一定角度后其相对动平台法线的耦合转角,并得到了该角度的解析表达式;基于动平台姿态不同描述方法,得到动平台绕其平面内两相交轴依次转动后,绕动平台平面法线的耦合转角及其解析表达式。确定了动平台不同姿态描述方法的内在联系,对具有两转动自由度并联机构的姿态描述方法的选择原则进行了合理分类,该结论适用于大多数具有两转动自由度并联机构姿态描述方法的选取原则。     

新型六自由度混联机床机构设计及位置逆解研究

提出了一种以新型三自由度并联机构3-PRP作为定位模块,串联上三自由并联机构3-RPS来共同实现六自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论中运动和约束的关系分析了该机床实现3T3R运动原理,计算出该机构的自由度,进行了输入选取;然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程;最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了逆解模型的正确性及机构的可行性。     

3-UPS/PU-XY混联机床的机构设计及运动学分析

提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台组成的混联机床构型,运用螺旋理论分析机构的运动原理,算出了自由度,对机构驱动输入的合理性进行验证。采用闭环矢量法和速度映射关系,对该机床的运动学特性分析,给出了该机构的位置逆解,确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上,分析了速度性能及姿态空间,得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真,验证了机床运动学分析的正确性,研究表明,具有该结构的机床具有较大的工作空间,实现对大型工件的精密加工。     

新型3自由度并联机构运动性能及精度分析

混联机构结合了串、并联机构的优点,已经越来越多地应用在复杂自由曲面零件的加工装备中.提出一种能够实现一个移动和两个转动的3自由度并联3-PSP机构,同时该机构存在伴生运动.通过对3-PSP机构运动模式的分析,简化传统的欧拉角描述方式,采用更适合的倾斜-扭转角描述动平台的运动.在此基础上,建立运动学模型,进行包括伴生运动和被动关节变量的完整运动学求解.基于运动学分析,对3-PSP机构的关节行程、速度特性和精度特性进行分析,证明该机构完全适用于混联结构中的并联模块,并能够满足航空、航天、汽车等领域复杂零件的加工需要.     

新型并联式绳索牵引叶片起吊机构运动学分析

提出一种具有承载能力高、体积约束小和易于调整叶片姿态的新型并联式绳索牵引叶片起吊机构,并对其进行了运动学分析。首先建立机构的几何模型,运用欧拉角描述动平台姿态,提出应用并行投影迭代算法推导机构运动学正解,最终采用MATLAB软件进行数值仿真验证。结果表明了应用并行投影迭代算法求解机构运动学正解的正确性,同时证明了该机构能够实现吊装任务。     

基于构件关系拓扑图论的机构自由度和奇异分析

在分析机构图论现状的前提下,对机构中常用运动副、机构运动基本单元的移动基和转动基的空间活动能力进行描述定义,基于机构由构件通过关节连接而成的事实,提出一种新的构件关系拓扑图论描述方法.该方法以构件框、约束构件框、构件关系线、约束构件关系线、相邻构件空间相对活动能力关系为要素,对串联机构、并联机构、混联机构进行新的图论描述.基于支链空间活动能力维度和机构空间活动能力维度定义,以实例形式给出混联机构自由度的分析方法,并得到机构非奇异的充要条件,在此基础上推出机构出现奇异的充要条件,引入机构运动支链输入基位置极限的同时/同化、同时/非同化、独自出现位置极限的三分法,得到给定混联机构出现位置奇异、姿态奇异、位置和姿态奇异的情形数,并给出了一般形式的串联、并联、混联机构的奇异组合和情形数的分析途径.     

三平移混联机构型综合

针对三平移三自由度混联机构,基于分形理论和机构拓扑图,提出了一种有效的型综合与分析方法。首先,介绍了机构拓扑图和分形理论的概念及联系;其次,叙述了机构的运动特征和运算法则;再次,建立了混联机构与分形的关系模型,从而归纳出混联机构构型综合的具体步骤,并综合出具有三平移运动特征的混联机构;最后,提出了混联机构运动特征的分析方法,并按该方法分析了所综合出的三平移混联机构的末端运动特征,从而验证了该构型的正确性,证实了所提出方法的可行性。     

一种特殊3-UPU并联平台机构瞬时运动特性

利用反螺旋和主螺旋的方法分别研究了一种特殊3-UPU并联平台机构上下平台平行时的瞬时运动特性.得出该机构在上下平台平行时,机构具有沿坐标轴轴线方向的移动和以x、y坐标轴轴线或其平行的直线为轴线的转动,是三自由度机构.绘制了上下平台平行时所有运动螺旋的空间分布图.研究结果丰富了欠秩三自由度并联机构的理论,对机器人的控制以及轨迹规划等诸多问题都有很重要的意义.     

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。     

一种典型DDS锻造操作机运动学分析

锻造操作机的运动学分析是实现操作机运动控制的基础,鉴于大部分学者仅对典型DANGO&DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的主运动机构进行运动学分析,对一种典型DDS锻造操作机的整体机构进行运动学分析。该整体机构是由一个平行四杆机构和一个并联机构组成的串并联形式的混联机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算其中并联机构的自由度,计算结果表明并联机构的自由度数多于其主动输入数,所以该并联机构的运动无法直接确定。究其原因是机构中4S闭环的侧摆运动规律不唯一,因此对4S闭环的侧摆运动进行优化分析,利用旋转相似变换得到4S闭环侧摆后其输出件的姿态可用yzy欧拉角描述,从而确定该并联机构的运动。采用yzyy欧拉角描述钳杆的姿态,使得前三个姿态角恰好为4S闭环发生侧摆后其输出件的姿态角,从而很容易地建立该操作机整体机构主动输入与钳杆位姿之间的位置关系。在此基础上对该操作机整体机构进行速度分析,并用ADAMS软件对位置分析和速度分析进行仿真验证。     

基于拓扑维度的机构自由度分析与选型设计

在分析机构图论现状的前提下,对机构中常用运动副、机构运动基本单元的移动基和转动基的空间活动能力进行描述定义,基于机构由构件通过关节连接而成的事实,提出一种新的构件关系拓扑图论描述方法。该描述方法以构件框、约束构件框、构件关系线、约束构件关系线、相邻构件空间相对活动能力关系为要素,对串联机构、并联机构、混联机构进行新的图论描述。基于支链空间活动能力的描述方法和运算方法,给出了一般串联、并联、混联机构的空间运动能力、自由度的求解方法。给出了基于机构目标运动能力和工作空间等级、精度等级、承载能力等级为条件的逆向设计方法,针对12种目标任务分类,对应给出了判别依据和共计324种推荐机构类型的结论 。     

一种新型六自由度通用型手控器

提出了一种新型的六自由度通用异构式手控器。由平行四连杆机构组成的两级三自由度平台构成了这种新型手控器的3个平动自由度,它的 8 个二自由度关节是由十字形轴构成的万向机构,每个关节的运动范围可达±60°。由两个 U形构件组成手腕的两个转动自由度,它们的运动范围与人的手腕运动范围相适应,在这个机构的工作空间内没有奇点,具有平动和转动解耦的特性,最后一个自由度是手控器手指关节的运动。采用直流力矩电机作驱动装置以产生力觉反馈。     

基于广义基本运动链正则解耦混联机构的型综合

混联机构兼具串联机构与并联机构各自的构型优势,是先进复杂机械装备的重要备选构型之一。依据机构输出运动特征进行位姿分离,通过移动特征正则输出平台模块,与姿态特征正则转动输出的运动副模块串联,构建广义基本运动链。结合正则运动的解耦特征,提出了运动链的正则解耦设计方法。以此为据,建立混联机构的解耦综合。以3T2R混联机构为对象进行了实例综合。研究表明:基于广义基本运动链的正则解耦设计方法可操作性强,对混联机构的解耦设计具有普适性。     

新型六自由度冗余混联机床运动学模型

提出了一种以新型三自由度冗余驱动并联机构4-PRP作为定位模块,串联上三自由度并联机构3-UPSPU来共同实现六自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论分析了该机床实现3T3R运动原理,计算出该机构的自由度。然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,运用影响系数法建立了一阶运动影响系数矩阵—Jacobian矩阵和二阶影响系数矩阵—Hessian矩阵,建立了完整的运动学模型。最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了运动学模型的正确性及机构的可行性。