中医推拿机器人主体机构的运动学分析

为实现中医推拿技术的机械自动化,提出了利用串并联机器人代替推拿医师完成推拿动作的想法,并设计了该机器人的主体并联机构.该机器人采用三自由度并联机构为主体机构,配合相应的串联机构共同完成推拿动作.该并联机构包含三条相同的混合单开链支路.均为结构.该机构为3T少自由度机构,能实现三个方向的移动.利用转换矩阵对该机构进行运动学正解和反解分析.结果表明该机构可以完成推拿机器人所需的运动.     

基于单开链单元的三平移一转动并联机器人机构型综合及分类

以单开链支路为单元,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了输出运动为三平移及一定向转动的并联机器人机构型综合的一种系统,有效的新方法,型综合共得到50个新机构,并对其进行了分类,提出的4d.o.f,并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。     

基于串并联机构的自重构移动机器人

为验证具有大输出力矩和工作空间的可重构机构对提高移动机器人运动性能的有效性,设计一种基于串并联等效球铰机构的可对接自重构多模块移动机器人.利用丝杠摇块机构构成并联机构支链,两个支链并联然后与一个旋转机构串联构成主动等效球铰机构.所提出的等效球铰机构结合并联机构和串联机构的优点,能以紧凑的结构提供较大的输出力矩和工作空间.对该串并联机构进行运动学分析,获得运动学逆解,作为机器人控制算法依据.进行机构静力学分析,获得确定驱动力和负载条件下机构的可控工作空间,为结构设计和工作路径选择提供理论指导.提出能实现平面偏差补偿和大负载能力的对接机构,实现机器人模块间的对接和脱离.设计JL-1型机器人样机,并利用该样机进行试验.试验验证了所提出串并联主动等效球铰机构和对接机构的有效性,同时证明自重构功能赋予野外机器人主动扩展地形适应性的能力,从而有效地增强机器人对环境和任务的适应性.     

2(2-UPR+SPR)串并联机构雅可比矩阵的建立

建立了一种新型串并联机构的雅可比矩阵。首先,介绍了一种新型的2(2-UPR+SPR)串并联机构,该机构由两个2-UPR+SPR机构串联而成,它具有串联机构和并联机构的共同优点。然后,根据2-UPR+SPR机构中存在的几何约束建立了其速度约束矩阵和速度耦合矩阵。最后,分析了2(2-UPR+SPR)串并联机构的速度传递关系,通过合理处理独立并联机构的速度耦合和约束关系,建立了2(2-UPR+SPR)串并联机构整体正向和逆向雅可比矩阵。研究结果表明,2(2-UPR+SPR)机构的雅可比矩阵包含各个独立并联机构的运动、约束和耦合信息。所提出的建立2(2-UPR+SPR)机构雅可比矩阵的方法也适合其他串并联机构。     

基于共形几何代数求解(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构位置正解

提出将共形几何代数引入至串并联机构位置正解求解过程,以(4SPS+SPR)+(2RPS+SPR)串并联机构为例,首先分别针对上下层并联机构选择合理的运动学参数,基于共形几何代数中基本几何元素的表示方法,对机构中相应球面、平面等共形几何表达式进行求交或对偶运算,得到上下层并联机构动平台顶点的共形几何表达.再结合机构中尺寸、几何约束和内积运算,建立上下层并联机构正向位置解的一元高次方程,进而获得上下层并联机构动平台相对于基平台的位姿.在此基础上,基于共形几何代数中刚体运动变换表达式,得到串并联机构动平台顶点的共形几何表达,进而获得串并联机构的位置正解.该方法避免了传统方法中复杂的消元运算,且分析过程几何直观性较强,在简化串并联机构位置正解几何建模方面表现出巨大优势.     

基于单开链单元的三平移并联机器人机构型综合及其分类

以单开链支路为单元,揭示了并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了三平移并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法。型综合共得到33个机构,并进行了分类。其中29个机构为首次给出。提出的三平移并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义,并已用于其他运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。     

三转一移解耦并联机构型综合

通过分析解耦并联机构的输入输出特点,基于支链独立驱动原则和螺旋理论提出了三转一移(3R1T)解耦并联机构构型综合方法。首先,基于解耦并联机构的雅可比矩阵为非零对角阵的要求,利用螺旋理论构造出满足期望要求的正逆雅可比矩阵,以确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据解耦并联机构分支组合原则,依次选取四条支链连接动平台和定平台,得到3R1T解耦并联机构。综合的解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,属于解耦并联机构,此类机构结构紧凑,控制简单,具有一定的应用前景。     

含可重构动平台的新型并联变胞腿机构设计

变胞机构在不同工作阶段会呈现拓扑结构形式不同的运动构态,为便于描述变胞机构各运动构态之间的关系,提出了变胞机构全构态的概念,据此提出了变胞并联机构的构型综合原理,即首先综合出变胞机构的全构态机构,然后由全构态机构经由其约束的增加(或自由度的衰减)演变为某一具体构态机构。构建了基于单自由度空间闭链机构的可重构动平台,据此实现了变胞并联机构的多运动构态切换。根据提出的变胞并联机构构型综合原理,对一种可实现三/四自由度构态切换的新型变胞并联机构进行了构型综合,然后将三重对称Bricard空间闭链机构作为变胞机构的可重构动平台,设计出了一种新型变胞并联腿机构。     

五自由度并联机床机构构型分析

针对目前的并联机构构型方法在构造一些五自由度并联机构的时候出现的问题,提出了运动矢量的概念,在此基础上提出一种新的构型方法.并使用该方法为五自由度并联机床构造了并联机构.在构造支链的时候,提出了"奇异机构"概念,并用它构造了一个复合运动副.实践证明,上述方法是有效且简洁方便的.     

完全各向同性3自由度平面并联机构的型综合

提出了完全各向同性3自由度平面并联机构型综合的系统方法.首先,根据螺旋理论讨论了完全各向同性平面并联机构的运动学必要条件.然后,基于机构各分支对动平台控制功能的不同,通过互易螺旋理论推导出各分支的驱动螺旋、主动螺旋和可动非主动螺旋,并按照分支连接度的不同列举出所有可行的分支运动链.最后,按照机构各分支相应的装配条件,选取所综合出的3条分支运动链将动平台和静平台连接起来得到预期的机构,共得到新型机构3 167种.由于综合出的并联机器人机构的运动雅可比矩阵均为单位阵,即条件数恒为1,因此这类机构具有良好的运动学和力传递性能,在工业机器人、微操作机器人和医用机器人等领域具有潜在的应用前景.