少自由度并联机构研究进展

各种新型少自由度并联机构的理论和实验研究是近年来国内外机器人领域中十分重要的研究方向和前沿技术。与6自由度并联机构相比,其本质差异在于少自由度并联机构存在结构约束,使并联机构的分支中出现了约束力/矩。当机构运动受到约束,其末端运动呈现耦合。由于结构约束形式各异,使得少自由度并联机构在运动中表现出不同的运动特性。本文综合评述了少自由度并联机构机型、运动学、机构奇异、动力学、刚度研究进展,旨在为各种新型少自由度并联机构研究和相应理论体系的发展提供具有重要价值的信息。     

基于变胞原理的并联机构微小化设计

研究了变胞机构及其变胞机构原理，结合现有的微细加工技术，根据空间并联机构微小化设计准则，提出了基于变胞原理的微小化空间并联机构设计的方法．针对组成空间并联机构的单开链形式，在满足空间机构微小化设计准则时，提出了运动副间的配置条件．应用螺旋理论和现有的加工方法，对机构的微小化设计进行了实例分析，为机构的微小化加工打下了坚实的基础。     

基于螺旋理论的3-RRR并联机构设计与仿真

基于螺旋理论分析了一种3-RRR并联机构的自由度和构型.通过分析动平台和各分支机构的约束螺旋系,构造3-RRR串联分支,运用修正Crübler-Kutabath公式计算出其自由度满足3个转动自由度.基于虚拟样机技术建立3-RRR并联机构虚拟仿真模型,进行正向运动学仿真和工作空间分析,从而找到该机构存在的缺陷,为少自由度并联机构运动学和动力学分析提供保证.     

基于变胞原理的并联机构微小化设计

研究了变胞机构及其变胞机构原理,结合现有的微细加工技术,根据空间并联机构微小化设计准则,提出了基于变胞原理的微小化空间并联机构设计的方法.针对组成空间并联机构的单开链形式,在满足空间机构微小化设计准则时,提出了运动副间的配置条件.应用螺旋理论和现有的加工方法,对机构的微小化设计进行了实例分析,为机构的微小化加工打下了坚实的基础.     

一种3—RSR并联机构的分析与设计

介绍了一种自由度的３－ＲＳＲ并联机器人机构的结构特点,讨论了这种机构在特殊情况下的运动学位姿反解和正解,对此机构的可能应用及结构设计中的一些问题也作了分析。     

2UPR/UPS/UP并联机构的动力学建模与仿真

以一种具有空间三自由度的2UPR/UPS/UP冗余并联机构为研究对象,根据机构的约束条件建立各支链的闭环约束矢量方程,求得机构的位置反解并得到雅可比矩阵.根据运动学分析,得到3个驱动支链的变化规律,方便实现对机构的位姿控制.在此基础上,利用虚功原理对机构的动力学进行分析,建立该机构的动力学模型.最后,在典型工况下对机构的运动学和动力学分别进行Matlab算例仿真与Adams样机仿真,通过对比仿真结果验证运动学和动力学模型的正确性.该方法为并联机构的设计和控制奠定理论基础,同时适用于类似机构的研究与分析.     

六自由度并联机构运动学分析与仿真

针对六自由度并联机构的运动学特性,建立了并联机构简化模型,通过坐标变换确定了动平台与定平台的位姿关系,推导了机构的运动学方程,利用Adams软件对模型进行了运动学仿真。仿真结果表明：六自由度并联机构能够按照预定的轨迹运动,机构运行平稳,具有良好的运动特性。     

3-PRRU并联机构的解析雅可比矩阵

并联机构的雅可比矩阵将驱动关节的速度映射为动平台的线速度和角速度,是并联机构性能分析和设计的重要工具.为建立3-PRRU并联机构的完整雅可比矩阵,首先运用螺旋理论分析各分支,通过求出各分支的反螺旋系建立约束雅可比矩阵,该矩阵为3×6阶长方阵;然后锁定并联机构的驱动副后再求出各分支螺旋系的反螺旋系,可求出3×6阶驱动雅可比矩阵;最后综合这两个矩阵得到3-PRRU并联机的6×6阶雅可比矩阵.该矩阵可反映出机构的所有奇异.     

2转动高精度重载并联机构构型综合

采用一种基于支链分析法的并联机构构型综合方法,综合出了具有解耦特性的2转动并联机构。首先,对2转动并联机构的结构特点进行分析,得到2转动并联机构的最简结构形式,并基于空间无约束的Kutzbach-Grübler公式对各支链的自由度组合方式进行分类,得到所有支链组合形式。其次,提出了一种并联机构初步筛选原则,并考虑球副、万向副的加工难度和成本对并联机构进行优选。最后,由于优选出的2转动并联机构存在局部自由度,对具有局部自由度的并联机构支链进行降自由度处理,得到6种解耦性好、承载能力高、精度高、结构简单的2转动并联机构。采用螺旋理论对U-RPU-UPS并联机构进行自由度分析,建立了逆运动学模型,并进行了验证。结果表明,所构建的并联机构可以实现2转动自由度的运动,并且具有很好的运动解耦特性。所综合出的2转动并联机构弥补了现有机构的不足,可作为光伏跟踪尤其是聚光光伏跟踪机构。     

少自由度变胞并联机构综合设计方法

为实现可重组并联机构的创新设计,提出基于基本支链构型的变胞并联机构设计方法.该方法从少自由度并联机构动平台所受的约束出发,运用螺旋理论中相逆螺旋的性质,构造约束螺旋为力或力偶的两类基本支链,并根据基本支链构型的特点构造变胞支链,实现并联机构的变胞设计.对构型相似的线矢力和力偶基本支链进行融合得到变胞支链,通过锁住不同运动副的方式实现变胞支链在两类基本支链之间转化,构造出动平台约束性质可变的变胞并联机构;根据基本支链约束螺旋的方向特点,通过改变运动副轴线方向的方式实现支链约束螺旋方向的改变,进而构造出动平台约束方向可变的变胞并联机构.用所提出的变胞并联机构设计方法,结合Bricard机构的单自由度运动特性,实现动平台为Bricard机构的变胞并联机构的构造.基于基本支链构型进行变胞并联机构构型设计,根据动平台的约束对变胞支链进行组合和变型,实现变胞并联机构的综合,为机构创新设计奠定基础.     

基于刚-柔混合建模的时变结构动力学分析

为适应液压挖掘机高速、轻量化的要求，以具有时变固频特性的液压挖掘机工作装置为研究对象，提出了以角加速度判断时变结构的关键工况，利用刚性多体动力学和有限元方法对液压挖掘机在整个作业循环中的动力学特性进行建模和分析.分析了液压挖掘机工作装置在受力最大处的动态应力分布，并与传统刚性体模型的分析结果进行了比较.结果表明，刚 柔混合建模方法与刚性体建模方法相比，获得的位移和应力较小，反映出以往的设计偏于保守，为轻量化设计提供了依据.     

并联六坐标测量机的误差模型和误差补偿

为了探讨并联坐标测量机的机构原始误差和测量过程误差引起测量结果的偏差,在并联六坐标测量机的位置分析基础上,依据矩阵全微分理论,提出了机构原始误差与测头的位置和姿态误差模型。研究了机构参数误差变化对测头的位置和姿态误差的影响,明确了减小测头误差的主要途径是提高测量机零部件的机械加工和装配精确度,严格控制角度误差,给出了在机构参数存在误差的情况下,采用误差直接补偿法修正测头位置和姿态的方法,仿真验证表明,采用软件误差直接补偿法,可以明显提高测量准确度。     

新型4-UPS-UPU并联坐标测量机刚柔耦合动力学性态

介绍了一种新型4-UPS-UPU五自由度并联坐标测量机机构,该测量机机构定平台通过4个结构完全相同的驱动分支UPS(虎克铰-移动副-球副)以及另一个驱动分支UPU(虎克铰-移动副-虎克铰)与动平台相连接。协同利用CAD、CAE和可视化虚拟样机技术,完成对4-UPS-UPU并联坐标测量机的刚柔耦合动力学性态研究。在SolidWorks中建立该测量机三维实体模型,在ANSYS中对测量机实体模型中的驱动杆件进行柔性化处理,最终在ADAMS中建立了测量机刚柔耦合虚拟样机。对该测量机运动输出响应、驱动杆动应力和固有频率等动力学性态进行了仿真分析。仿真结果表明:驱动杆件的弹性变形对测量机的动力学性能具有重要影响,该刚柔耦合虚拟样机能正确地反映测量机的动力学性态。     

Analysis of kinematic and singular configurations of an asymmetrical parallel mechanism

The forward kinematics and singularity configuration of an asymmetrical parallel mechanism with three translational degrees of freedom were analyzed. By establishing the position equations of the mechanism and obtaining the forward solutions, a better decoupling of the mechanism was proved. Based on the Jacobi velocity transfer matrix, the possible singularity configura-tions were studied and the methods avoiding these configurations discussed. Although improving the rigidity, the 4R structures in the mechanism also resulted in new singularity configurations. By analysis of a feasible instance, this kind of parallel mechanism can avoid all singularity configurations. Meanwhile, it was proved that the design of structure parameters and the choice of inputs range are important for rigidity and stability of parallel mechanisms.     

Delta型并联机器人运动学正解几何解法

并联机器人运动学正解的封闭解问题到目前为止没有得到全面解决，常用的解决方案是采用基于代数方程组的数值解法，该方法不足之处是推导过程复杂，实际应用过程中存在多解取舍的问题。为此运用空间几何学及矢量代数的方法建立了三自由度Delta型并联机器人的简化运动学模型，求解并联机器人运动学正解。与基于代数方程组的求解方法相比，推导过程简单、直观，回避了并联机器人运动学正解多解取舍的问题，可直接获得工作空间内满足运动连续性的合理解。     

并联机器人的理论及应用研究

并联机构刚度大，承载能力强，精度高，运动惯性小，备受人们关注。对并联机器人的理论、应用研究及国内外发展现状进行了详尽综述，指出并联机器人理论及应用研究领域有待深入开展的研究工作方向。     

Research on a tensegrity parallel mechanism for wave energy harvesting

To solve the problem that the conventional floating wave power device can not transform the rotational kinetic energy into electric energy, a novel wave energy harvesting device based on tensegrity parallel mechanisms is proposed. The dynamic model of the novel device is developed on the basis of Airy's linear wave theory and Lagrange's equation. Then, the kinematic and dynamic analyses of the float are made. Afterwards, the efficiency of the novel wave energy harvesting device and conventional floating wave power device is computed and compared. The results indicate that the efficiency of energy harvesting of the proposed device is higher than that of the conventional floating wave power device. Moreover, the ability of the proposed device to resist destructive water waves is better than that of the conventional floating wave power device.     

混合驱动二自由度并联机构的动力学优化设计

基于Kane方法对混合驱动二自由度五杆机构建立了动力学方程,在此基础上进行了动力学逆问题的分析,探讨了影响主驱动功率和辅助驱动功率的因素.实现一组椭圆轨迹为实例,以混合驱动二自由度五杆机构辅助运动最大瞬时的驱动功率最小优化目标函数,无条件双曲柄的杆长条件约束条件,采用遗传算法进行了动力学优化设计,得到了主驱动功率与辅助驱动功率之间的最佳匹配关系.为实现混合驱动二自由度并联机构综合性能最优以及系统的最优控制了基础.