三自由度类球面并联机构的动力学建模及分析

提出一种可应用于电子装配领域的三自由度（2R1T,R表示旋转,T表示平移）类球面并联机构. 该机构由上下2个等半径的动、定平台通过3个相同的RSR（R表示转动副,S表示球关节）支链连接而成. 在运动过程中,动平台与定平台始终关于一个中间平面对称,且动平台可绕着对称面内的任意轴线连续旋转和沿着两平台中心连线方向连续平移. 基于机构特殊的几何对称性,建立了其等效运动学模型,在此基础上运用Lagrange方法建立了机构的动力学模型,并通过具体的运动算例,利用Mathematica计算和ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学自动分析）仿真验证了该动力学模型的正确性和有效性,为进一步研究机构的动态特性及系统运动控制提供理论指导.     

一种零耦合度及部分运动解耦的空间2T1R并联机构动力学建模

针对一种零耦合度的空间2T1R并联机构,求解各构件速度与驱动副速度之间的关系矩阵;运用基于虚功原理的序单开链法,建立了机构的动力学模型,求解了机构的驱动力及连接2个SKC连接处运动副的支反力,进行算例验证;并就动力学方法求解的实时性,通过对比选用两种不同广义坐标时动力学方程求解所用的时间,给出优选广义坐标的建议.研究结...     

并联式髋关节康复机构设计及分析

在分析人体髋关节的结构特点和运动机制的基础上,提出采用一种3-UPU空间并联结构来设计髋关节的康复机构。基于旋量理论,对该机构的自由度进行了计算,同时对该机构动平台的位置和速度进行了分析和计算。该并联机构具有3个转动自由度且满足转动轴线交于一点,可用于实现髋关节3个转动自由度的康复训练。该分析为下一步的机构奇异分析和运动空间分析打下了基础,同时为并联机构的研究提供了新的思路。     

一种新型解耦二腿三维平移并联机构及其运动分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,设计了一种动平台能实现空间三维纯移动的二腿并联机器人机构,对其进行了机构运动确定性分析、运动输出特性分析;还给出了其位置分析的正、逆解析解及速度解析解,讨论了该机构的输入-输出运动解耦性。     

一种冗余约束对并联机构精度影响的研究

为深入研究动平台中心点误差范围,以一种少自由度3-RPS／UPS冗余并联机构为研究对象,提出了一种改进的铰链间隙误差分析方法,分析了此并联机构球铰间隙对动平台中心点的影响,在此基础上提出了一种改进的误差分析方法,并对具有相同结构参数的3一RPS非冗余并联机构和具有冗余支链的3一RPS／UPS并联机构进行误差分析及计算,结果表明,冗余并联机构的误差空间在各方向上都比非冗余并联机构小,故冗余约束可减小误差,提高并联机构精度。     

机构影响系数和并联机器人雅克比矩阵的研究

基于刚体运动学的原理，对机构影响系数进行了研究，用运动坐标系和拟牵连速度的概念给出了机构速度影响系数求解公式，揭示了机构影响系数的物理意义，明确地论证了机构速度影响系数只与机构瞬时位姿有关而与机构的真实速度无关的结论。并将该方法用于并联机器人的运动学研究，由此而给出了求解并联机器人的雅克比矩阵的方法。     

一种新型四自由度非对称并联机构的运动学分析

在分析2-UPU/2-URU并联机构结构特点的基础上,运用封闭法对机构进行了位置分析,并验证了数值特例,利用球坐标搜索法得到影响并联机构工作空间的各种约束条件下的边界点,并通过MATLAB软件绘制工作空间的三维图形,得到约束条件对工作空间的影响规律,说明了其工作空间分布的特点,并进行了奇异分析。该机构是一种过约束机构,本文的研究为该机构工作空间优化设计和机构尺寸设计提供了依据,为该并联机构进一步的研究奠定了基础。     

三自由度球面并联机器人机构的边角关系

用一种新方法解决球面并联机器人的运动学问题。首先使球面机构平面化，然后用类似于平面机构分析的方法导出一般三自由度球面并联机器人Stewart平台的位姿方程，进而导出类似于平面并联机构的输入输出速度方程。这种方法方便易学，便于实际应用。     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明：该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。     

一种新型3-URS机构分析

为了保证3-URS机构实现确定运动,利用螺旋理论进行了分析。描述了机构的单分支约束及所有分支约束的合成,分析了机构约束螺旋系的相关性与冗余约束和局部自由度等因素对机构自由度的影响,根据修正的Grübler-Kutzbach公式计算出并联结构的自由度为6。结果表明,机构实现确定运动需要6个输入运动。     

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.     

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．     

空间少自由度并联机构瞬时螺旋运动轴线曲面的几何表示方法

对于单自由度的平面机构或单自由度空间机构来说,机构中各个点的运动都是确定的。机构在运动过程中的一系列瞬时螺旋运动轴线所形成的曲面也是唯一的,比较容易求解,可以得到其数学表达式。但对于多自由度的空间机构来说,由于在每一个位形下,机构的运动有多种可能性,瞬时运动轴线所形成的曲面也不是唯一的,很难得到其数学表达式。本文通过求解空间机构在运动过程中的一系列瞬时运动轴线,利用几何方法绘制出空间少自由度并联机构的瞬轴曲面,从而可以更直观地了解少自由度并联机构的空间运动。     

一种新型3-UPS并联机构及其工作空间分析

设计了一种新型3分支6自由度3-UPS并联机构,建立了该机构的运动学反解模型,给出机构主要约束,应用三维极坐标边界搜索方法绘制出在定姿态工作空间截面图和边界三维实体图,分析了机构参数对工作空间体积大小的影响规律,为机构参数的选取提供了依据。该并联机构工作空间大、连续性好,适合作为机器人步行器的腿结构。     

一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析

基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间（即偏转能力）,研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响。     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.