混合驱动1T3R结构降耦并联机构运动学分析

基于方位特征集理论及并联机构降耦原理,设计一种新型混合驱动1T3R结构降耦并联机构,该机构具有局部运动解耦特性。通过对其进行拓扑结构分析,得出动平台方位特征集的类型,计算出机构的自由度及耦合度。运用空间投影原理及位姿变换矩阵方法,推导出机构位置正反解的显式表达式。运用MATLAB软件编程,分别得出机构位置正、反解数值算例,其数值结果完全吻合,表明位置正反解模型正确可靠。运用MATLAB软件编程和Adams软件运动仿真得到机构角位移曲线,两者结果一致,验证了运动理论分析模型的正确性。基于运动仿真三维模型,直接得出机构的角速度、角加速度曲线。     

2-(CRR)2R结构降耦并联机构及其运动学分析

提出一种能实现三移动一转动(3T1R)的新型完全对称4-CRU并联机构,其4条支链结构完全相同。基于单开链理论及结构降耦原理,对4-CRU并联机构进行结构降耦设计,得到耦合度κ=1的低耦合度2-(CRR)_2R并联机构。其优点在于动平台由两条混合支链并联构成,且支链完全对称,机构姿态转角相对较大。2-(CRR)_2R并联机构耦合度降为1,极大地降低了机构位置正解的难度,有利于机构运动学分析。根据该机构的几何关系与运动约束,建立位置正解的一维搜索模型,再应用黄金分割法求出全部高精度位置正解。推导出机构位置逆解方程,应用数值实例验证了位置正、逆解的正确性。采用矢量法对机构动平台速度及加速度进行分析,得出速度及加速度正、逆解,并利用MATLAB软件编程进行数值计算。同时,应用Adams进行运动学仿真分析,验证了自由度分析的正确性;其运动学分析曲线与MATLAB计算结果一致,表明文中建立的解析模型和分析方法是正确、可行的。     

2RPS/2SPS并联机构及运动学分析

基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach公式对2RPS/2SPS并联机构进行自由度分析。通过空间坐标变换方程和封闭矢量法建立位置反解方程,并在其基础上利用数值分析中的牛顿迭代法进行位置正解分析。利用虚设机构法建立了1阶影响系数矩阵,并基于Matlab,通过微分法对其进行了数值算例验证。结果显示,两种方法的运算结果相吻合。最后,利用Adams软件对2RPS/2SPS并联机构进行运动学仿真,得到位移、速度、加速度和角速度变化曲线图,进一步验证了前两种方法运算结果的正确性,且表明2RPS/2SPS并联机构具有良好的运动特性。     

3-PRP平面并联机构运动学分析

介绍了一种具有两平动和一转动的平面三自由度并联机构。首先,对该并联机构进行位姿分析,并且建立位姿正解和逆解方程,求解出其位姿正、逆解;其次,利用MATLAB软件编程对一组实验数据进行计算,求出位姿正解和逆解的结果进一步验证方程的正确性;最后,根据位姿正解和逆解方程分别求解出机构输入和输出的速度和加速度。研究结果表明3-PRP机构结构简单,易于控制和驱动,是对3-RRR类平面并联机构的重要补充与深化。为该机构的工作空间、轨迹规划、优化设计等性能的研究提供了理论基础。     

球面并联机构的结构降耦及其位置正解求解

基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析,通过动平台二球副重合的方法,使之结构降耦演变为0耦合度球面机构,并得到其位置正解的解析解;而对于k=1的一般结构的S+3-SPS,虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构,再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程,并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法,易于实现计算机自动生成,并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。     

空间3自由度并联机构运动学分析

从机构运动副约束导出动平台位置和姿态参数之间的耦合关系,给出了描述机构位形的独立参数。将具有四面体结构的动平台等效地处理成一个平面三角形,大大减少了约束方程中未知数的个数,降低了位置正解求解的难度,得到机构位置的解析表示。针对动平台位置和姿态参数互不独立的特点,提出确定工作空间的准则,得到工作空间边界的解析表达式,导出了工作空间形状、位置和大小与机构结构参数的关系,这对机构的综合及动态性能优化是很有用处的。采用球坐标计算工作空间的体积,分析了关节结构约束对工作空间大小的影响。     

3-PRC并联机构的运动学分析

讨论了具有3平移自由度的3-PRC并联机器人机构的运动分析.基于机构运动约束方程,通过坐标变换证明机构的平移运动规律,给出机构位置逆解的解析表达式;并且建立了3个输出运动参数与3个运动输入参数之间的速度和加速度关系的显示数学模型,得到机构速度、加速度正逆解,且逆解给出2种形式,理论分析及算例仿真表明2种形式解的等价性.     

并联机构的结构降耦原理及其设计方法*

机构学的难题之一是寻找机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的映射规律。前期研究表明,降低机构的结构耦合度可直接降低机构运动学、动力学求解的难度,这揭示了机构拓扑结构学与运动学、动力学之间的关系之一,因此,如何降低机构的结构耦合度已成为机构拓扑结构优化的重要内容,但目前国内外研究很少。研究并联机构的结构降耦原理、设计方法及其应用。定义并联机构结构降耦的概念,澄清并揭示机构结构降耦与机构运动解耦之间的内在区别与联系。从并联机构支链本身的拓扑结构以及支链在动/静平台之间布置的拓扑结构两方面,提出保持并联机构自由度和方位特征不变而降低机构耦合度的两个结构降耦原理,据此,进一步提出了基于设计混合支链的、基于运动副复合的、基于方位特征支链主动化的三种结构降耦设计方法,并分别给出设计例子,得到相应的自由度和方位特征保持不变但耦合度降低的新机构,为其应用研究提供了优选机型。提出的机构结构降耦原理与设计方法,适用于所有的复杂平面和空间平面。     

空间3-RPS并联机构运动学分析

从空间3-RPS并联机构关节约束导出动平台位置和姿态参数之间的耦合关系,给出了描述机构位形的独立参数也即广义坐标。利用运动等同性条件建立机构几何约束,得到机构位置反解方程,进一步将约束方程对时间求一阶和二阶导数建立构件之间的速度加速度关系,从而避免了在运动方程中出现复合关节变量,得到构件之间显格式的速度加速度传递关系。实例表明该种方法,具有计算效率高的优点,有利于机构学问题的快速求解和动态仿真。     

3-RRS并联机构运动学传动性能分析

以3-RRS并联机构为研究对象,利用几何法对其位置逆解进行分析,得到机构位置逆解的显式表达。借助螺旋理论,建立机构的全雅可比矩阵,通过定义机构支链的输入与输出力/力矩传动效率系数,对该机构的运动学传动性能进行研究,为后续的机构尺度优化提供了理论依据。     

3-RRP球面并联机构的运动学分析

对具有三条RRP分支运动链的3-RRP球面三自由度并联机构进行了逆运动学分析。该结构比较简单,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。提出运用Rodriguez参数对并联机构末端运动进行更简单、快速描述的新思路,建立了3-RRP并联机构的位置逆解模型和雅可比矩阵,并由笛卡尔坐标的离散化对机构的工作空间进行了分析。研究结果为进一步研究此种并联机构的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义。     

3-PCR并联机器人机构的运动学分析

对一种新型的空间三平移并联机器人机构进行了运动学研究。基于机器人机构的约束方程,求得该机构的位置反解;使用Bezout消元法得到该机构的位置正解的解析解,并通过实例验证了其正确性;建立了三个输出运动参数与三个输入运动参数之间的速度和加速度关系的数学模型,得到机构速度、加速度正反解;通过算例及仿真对所规划的运动轨迹进行验证。     

一种并联振动筛驱动机构的结构降耦设计及刚度分析

以一种单自由度输入、三平移一转动输出的并联振动筛驱动主机构为例,采用结构降耦设计方法将其耦合度由2降为1,通过并联机构拓扑结构设计方法确定了机构的驱动副及其安装方位,并基于螺旋理论运用虚拟弹簧法分析了该机构降耦前后的结构刚度及其变化,为少输入-多输出并联机构的优化和应用提供了参考。     

Gantry-Tau并联机构运动学分析

针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。     

Gantry-Tau并联机构运动学分析

针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。     

3SPS+1PS四自由度并联仿生平台运动学分析

针对3SPS+1PS对称型并联仿生平台,利用螺旋理论对其进行自由度分析得出该机构具有三转一平4个自由度,当平动自由度固定时可用于模拟人体髋关节的三维运动。基于四元数法建立了机构位姿运动方程。以四元数描述机构运动特性,避免了欧拉角描述刚体位姿存在的奇异问题。将髋关节运动曲线作为机构输出运动,基于逆运动学模型仿真出各驱动支链位移变化曲线为平滑曲线,说明该机构在模拟髋关节运动时其驱动支链易于控制。     

3—RPC并联机构运动学研究

根据螺旋理论分析了3—RPC并联机构各支链的运动螺旋和约束螺旋,确定了该机构的自由度。通过建立3—RPC并联机构的位置方程,给出了机构位置分析的正、逆解析解,并对机构进行了速度、加速度分析。     

3-SPR并联机构运动学性能评价

以一种可用于航天航空高速铣削加工和自动装配的面对称3-SPR并联机构为对象,利用矩阵求逆提出一种具有解耦格式的全雅可比矩阵建模方法,并据此构造出一组取值介于[0,1]之间、量纲一且与坐标系无关的运动学性能评价指标,用于揭示机构尺度参数对这组指标的影响规律。在此基础上,构造出满足给定运动学性能、支链极限杆长比和球副转角等几何与运动学约束的尺度参数可行域,既可满足运动学性能要求,又可为后续设计修改尺度留有余地。     

3-PSU&S并联机构的运动学分析与优化设计

面向卫星天线定位/跟踪重要需求,研究3转动自由度并联机构3-PSUS的运动学设计问题。应用闭环矢量法建立机构位置逆解模型,并推导关节空间与操作空间的速度映射模型。借助力螺旋与运动螺旋的互易积定义机构功率传递系数,并以其在工作空间内的均值作为机构运动学性能评价指标。以上述评价指标最大化为目标,涉及相关的几何、工程约束,采用遗传算法实现3-PSUS机构的尺度综合。该研究成果可为3-PSUS并联机构样机的设计和制造奠定理论和技术基础。     

基于3-UPS机构并联机床的运动学分析

结合并联机床的机构特点,采用矢量法建立了3-UPS并联机床机构运动学模型,运用求导法推导了3-UPS机构的一阶影响系数矩阵,分析了机构的奇异性和平稳性。