新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构．运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响．提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义．     

65米射电望远镜副面调整系统姿态精度监测与回零策略

上海天文台65米射电望远镜的副面调整机构为Stewart型并联机器人,为了及时发现该并联机器人因机械磨损或误差累积造成的精度下降问题,使用倾角传感器对并联机器人动平台姿态进行检测,求得动平台姿念均方根误差并将其与设计指标进行比较,从而用户可以判断是否需要进行维修或回零操作.为了提高并联机器人的易维护性,设计了光电传感器回零和磁尺(磁致伸缩位移传感器)回零两种回零方式,分析了两种回零方式以及通过回零操作对光电传感器和磁尺精度进行检测的原理.总结了该并联机器人需要进行回零操作的不同状况,并给出了相应的回零控制策略.实验证明本文提出的回零控制策略是解决并联机器人回零问题的一种有效方法.     

2-RRR+RRS球面并联机构超静定力学全解

针对2-RRR+RRS球面并联机构,利用拆杆法建立其4次超静定的静力学平衡方程;考虑构件弹性,利用小变形叠加原理,建立机构的4个变形协调方程。基于所建方程,利用MAPLE软件分析求得在不同输入力和力矩情况下,机构构件所受力与机构位姿关系曲线图,明晰了不同外力或外力矩输入情况下对机构影响的差异。研究结果为该机构的工程设计及实际应用提供了静力学理论基础和依据。     

3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR(R为转动副,S为球面副)型并联机构作为车载天线构型,基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标,利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化,性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况,建立车载天线机构仿真模型,分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。     

三自由度天线并联机构运动与力学性能分析

对三自由度天线并联机构的运动与力学性能进行了分析。基于天线工作要求,选择3-RSR、PU-2UPS和3-RPS并联机构作为天线座架构型,确定并联机构的基本参数,分析工作空间、驱动力、驱动力矩和功率,绘制工作空间图形,求解驱动力与驱动力矩变化曲线,计算电机功率。综合分析后,确认选择3-RSR并联机构作为天线座架构型最为适宜。     

新型过约束球面并联式关节机构仿生设计

以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度均衡。对引入的机构中心球面副进行结构改进,大幅扩大了机构实际工作空间。新型仿生关节机构的提出及其结构设计对人形机器人关节的研制具有理论指导意义和实际应用价值。     

大型回转件自动超声波探伤轨迹规划及仿真分析

针对目前大型回转件主要依靠传统手工探伤的种种缺陷,开展了自动化超声波探伤的轨迹规划与探伤系统运动规律的研究,并进行探头扫查轨迹运动仿真。阐述了自动化探伤模拟手工探伤的工艺原理,分析了工件、探头的运动规律,规划了探头扫查轨迹,整个自动化探伤工艺符合无损探伤国家标准,并将探伤效率提高了5.46倍;联合MATLAB和ADAMS软件对探头扫查轨迹进行仿真,仿真结果验证了轨迹规划的正确性。     

基于主成分分析方法的并联机构参数优化

以DELTA并联机构为研究对象,求解该机构的全域条件数、全域各向同性系数、全域最小奇异值指标数据,建立多维全域性能指标数据。基于主成分分析(PCA)法,对上述多维全域性能指标数据进行降维、有效融合,去除指标间的冗余信息,减小目标函数对权重系数的人为依赖性,从而确定目标函数。通过对不同结构参数样本进行PCA分析,选出基于综合全域性能最优的结构尺寸。将PCA优化结果与各性能指标值分布图进行比较分析,最优和最差样本均与各性能指标分布图的最优和最差性能区域相对应,从而验证PCA方法在并联机构参数优化时的有效性。研究结果为多目标下并联机构的优化提供了一种新思路。     

一种新型并联式解耦踝关节康复机构及其优化

对踝关节功能损伤的患者,尤其是中风患者来讲,踝关节的康复是一项非常困难的问题。针对此提出一种新型并联式解耦踝关节康复机构,并基于中医康复疗法引入踝关节康复机构需要注重牵引功能的设计思路。所提出的机构能够同时实现单独转动康复(背屈、跖屈,外展、内收)和在牵引下转动的康复过程;利用螺旋理论分析机构在任意位姿下的自由度性质;推导出机构位置正反解,求解速度雅可比矩阵,并对机构进行奇异性分析;通过输出参数对解耦机构杆件尺寸进行优化,基于遗传算法给出数值算例,验证了机构工作空间满足踝关节康复运动的要求。     

一种新型三维平动并联机构及其位置分析

对一种新型的三平动自由度并联机构3-PRUR进行了研究。首先,使用螺旋理论确定了该机构的自由度和可能的运动;然后,根据机构的特点求得该机构的位置反解;接着使用Bezout消元法求得该机构的位置正解;最后,提供了一个数值实例,该实例证明了位置正反解的正确性。