Kinematic Analysis and Simulation of 3- CRPa Translational Parallel Mechanism

提出一种新型3自由度纯移动并联机构,该机构由动平台、静平台以及联接两平台的3条相同的分支运动链组成.基于单开链单元理论分析,计算出机构的自由度,分别讨论了以角位移和线性位移为主动输入形式的机构运动学问题,推导出位置、速度、加速度的解析解.利用Matlab和Pro/E软件分别绘制出机构的位移、速度、加速度理论曲线和虚拟样机仿真曲线,仿真结果证明了理论分析的正确性.尤其是当以线性输入为主动输入时,机构的运动雅可比矩阵为单位阵且条件数恒等于1,所以此时机构在整个工作空间内表现为完全各向同性.     

基于参数化设计的育苗杯制作机结构计算

以2RBW-1500型育苗杯制作机为基础,分析其组成机构。采用NURBS曲线原理拟合焊接凸轮轮廓曲线,将得到的曲线控制点输入Solidworks编辑宏,从而精确设计凸轮廓线。同时,分析了六杆输入机构顶端滑块的位移、速度、加速度,并得到运动的数学方程式。基于Solid Works-motion平台上的运动分析,构建运动模型,得到焊接推杆及六杆机构滑块的位移、速度、加速度的时间曲线,并就曲线意义及某些特征点做了合理解释。最后,结合整个机械,分析运动的联动性,并在模型上印证结果,从而验证结构设计的合理性和正确性。     

基于虚拟样机技术的联合收获机切割机构的仿真

对联合收获机的割刀进行了运动分析,在理论分析的基础上利用ADAMS软件建立了联合收获机切割机构的模型,对割刀的运动进行了仿真.仿真分析表明,割刀的位移、速度和加速度均为简谐运动,在行程的中点,割刀的速度最大,加速度最小,割刀的速度与位移之间呈椭圆曲线变化,加速度与位移之间是线性关系.仿真结果与理论分析相一致,符合设计要求,同时也为确定合理的割刀运动参数打下了基础.     

平面柔性并联机构弹性动力学研究

以设计适于高速运行的平面3自由度并联机构为目标,对机构的正向运动学进行了全面研究,得到了机构速度及加速度特性。在给定主动件的运动以后,求得了机构的所有位置正解构型,根据运动连续性的条件,规划出动平台的最佳运动轨迹,揭示了机构的速度和加速度特性。将机构划分成杆单元和平面三角形单元,建立了机构的有限元模型。结合运动学分析,使动平台沿着预先规划的轨迹运动,分析了机构的模态频率和主振型随机构位姿的变化情况。研究机构在主动力和惯性力激励下的动态响应,得到机构弹性位移误差和动应力的变化规律,从而对机构的运动学和动力学性能进行了综合评估。     

平面柔性并联机构弹性动力学研究

以设计适于高速运行的平面3自由度并联机构为目标,对机构的正向运动学进行了全面研究,得到了机构速度及加速度特性.在给定主动件的运动以后,求得了机构的所有位置正解构型,根据运动连续性的条件,规划出动平台的最佳运动轨迹,揭示了机构的速度和加速度特性.将机构划分成杆单元和平面三角形单元,建立了机构的有限元模型.结合运动学分析,使动平台沿着预先规划的轨迹运动,分析了机构的模态频率和主振型随机构位姿的变化情况.研究机构在主动力和惯性力激励下的动态响应,得到机构弹性位移误差和动应力的变化规律,从而对机构的运动学和动力学性能进行了综合评估.     

一种新型2-RPC/2-SPC并联机器人的机构分析与研究

首先以一种新型3T1R四自由度2-RPC,/2-SPC并联机器人为研究对象,根据机构特点求得运动学反解的基础上推导出机构雅克比矩阵的显式表达:其次采用矢量法对该并联机器人进行了支链的速度和加速度分析,并基于虚功原理建立了上平台运动与四个驱动之间的动力学关系:最后运用Matlab软件对研究结果进行了数值计算并绘制了机构的运动学及动力学曲线,为该机器人的应用研究和优化设计提供了重要的理论基础.     

空间4-UPS/RPS并联机构动态静力分析

为了对空间4-UPS-RPS五自由度并联机构进行受力分析,采用达朗贝尔原理建立了并联机构的动态静力学方程,进而对机构受力情况进行了分析。首先,推导出了4-UPS-RPS并联机构的位置反解、速度反解和加速度反解的表达式;然后,应用达朗贝尔原理建立了4-UPS-RPS并联机构的动态静力学方程,导出了机构中5个驱动力;最后,分别利用Matlab理论计算与ADAMS虚拟样机仿真得到机构驱动杆的驱动力和动平台上球面副约束反力的变化曲线,验证了所建动态静力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPS并联机构驱动力和运动副反力的求解和结构设计提供了理论依据,也为其他空间并联机构的受力分析提供了可行的方法。     

基于UG的平面连杆机构运动仿真和分析

所谓机构的运动分析,就是对机构的位移、速度、加速度进行分析。在已知原动件的运动规律的条件下,分析机构中其余构件上各点的位移、轨迹、速度和加速度,以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。为此,介绍了如何利用UG软件来实现连杆机构运动仿真和分析的方法及步骤。以平面六杆机构为例,在UG/Motion模块中,用动画来表现机构的运动过程,用图表和电子表格来反映运动仿真的结果,得到精确机构运动数据,为机构的优化设计提供参考依据。     

烟草钵苗移栽机成穴机构的运动学仿真分析

吊篮式烟草钵苗移栽机成穴机构的作业性能直接影响移栽机的移栽质量。为了探讨成穴机构各杆件相互作用及成穴铲运动规律,针对成穴机构进行简化,建立矢量方程得到成穴机构成穴铲的位移、速度和加速度模型。采用ADAMS软件建立成穴机构的三维运动仿真模型进行仿真分析,对获得成穴铲竖直和水平方向的位移、速度及加速度变化曲线进行分析,满足成穴要求,验证了成穴机构结构设计的合理性,为烟草钵苗移栽机成穴机构的运动轨迹进一步优化及动力学仿真分析提供了理论依据。     

二十面体机构构型设计与分析

基于具有对称性和对偶性的正十二面体,设计了一种以三、四、五边形为耦合节点的二十面体单移动可展机构。首先,在正十二面体的十个面上添加一种顶点,通过增加顶点种类以增加耦合节点种类,从而得到具有三、四、五边形结构的节点构件。根据构件连接情况设计四类替换构件,将替换构件用转动副(R副)依次连接,构造耦合机构基础模型。其次,基于螺旋理论应用分流法计算其自由度。最后,进行主动输入选取分析及构建耦合机构的三维模型,设置方向相反的驱动条件分别进行仿真运动,应用Matlab得到动平台和节点构件的位置变化曲线,仿真结果与理论分析结果相统一,表明提出的机构具有伸缩运动特性。     

冗余驱动的三平动并联机构性能分析与优化

提出一种冗余驱动的三平动并联机构。利用李群理论和修正的Grübler-Kutzbach公式对机构的输出自由度进行了分析。建立机构的位置方程,得到位置逆解和正解表达式,分析机构的运动部分解耦特性。推导机构的雅可比矩阵,并进行奇异分析。分析机构的工作空间。采用螺旋理论和虚功原理,建立机构的动力学模型,得到驱动力的优化分配,驱动力理论分析与仿真计算结果最大偏差为0.6%。建立机构的运动学评价指标和动力学评价指标,并研究尺度参数与机构性能间的映射关系。基于性能图谱对机构的尺度参数进行优化,提高其综合性能。     

具有耦合分支的两转动两移动并联机构分析与优化

提出了具有耦合分支的两转动两移动并联机构。基于李群理论分析了机构自由度,该机构动平台能输出两个转动运动和两个移动运动;采用闭环矢量法对机构进行了位置分析,求得位置反解;通过速度分析得到机构的雅可比矩阵,在雅可比矩阵基础上对机构的奇异位形进行了分析;采用虚功原理建立了机构的刚度模型,并进行了刚度性能分析;为消除内部奇异产生的刚度退化,在机构上增加了冗余驱动分支,并对添加冗余驱动分支前后机构的刚度、工作空间等性能进行了对比分析。以工作空间内刚度平均值为目标对冗余驱动机构进行了尺度优化设计,结果表明,优化后的冗余驱动机构的刚度性能得到明显提升。     

完全解耦二移动二转动并联机构结构综合

基于混联机构概念和互易螺旋理论提出了完全解耦二维移动二维转动（2T2R）并联机构结构综合的方法,得到106种机构。综合出的机构有两条分支运动链直接与动平台和静平台相连,其中一条为单开链,另一条为混合链。所有机构速度雅可比矩阵均为对角阵,即动平台的输出速度与4个主动副的输入速度之间存在一一对应的映射关系,故此类机构运动学解完全解耦,克服了一般并联机构耦合性强、控制复杂的弱点。     

轮-腿复合移动机器人RUPU-RUPR球面并联腿机构动力学研究

提出了一种二自由度球面并联腿机构,并以该机构为基础,设计了一种结构简单且越障性能良好的轮-腿复合移动机器人。阐述了该机构的组成,采用解析几何法和闭环约束方程构建了RUPU-RUPR球面并联腿机构的位置逆解、工作空间、速度和加速度模型,并验证了其准确性。运用牛顿-欧拉法建立了RUPU-RUPR球面并联腿机构的动力学模型。在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解出RUPR驱动支链驱动力,RUPU驱动支链驱动力矩以及RUPR驱动支链约束力矩,并给出动力学模型仿真解。结果表明该机构具有良好的工作性能。     

3自由度空间并联机器人机构设计与分

提出了一种新型3自由度空间并联机器人机构,机构动平台具有两个移动和一个转动自由度.基于螺旋理论对机构的运动输出特性和自由度进行了分析与计算,推导出机构的位置和速度解的解析表达式,讨论了机构的奇异性和灵巧性.由于映射输出一输入速度矢量关系的Jacobian矩阵为单位阵,所以此机构为无奇异完全各向同性并联机构,故该机构具有良好的运动、力传递性能和潜在的应用前景.     

12-6台体型Stewart冗余并联机构正向运动学研究

针对六自由度并联机构的正向运动学无全解析解或全解析解推导困难、不便于程式化、存在多解选择的现状,提出一种含混合单开链支路的12-6台体型Stewart冗余并联机构,推导了适用于实时反馈控制的正向运动学全解析算法。通过单开链的方位特征集运算及路线分解,对机构的拓扑构型进行了剖析,并解算了耦合度,为运动学方程的构造及同构处理指明了方向。基于动平台上4个共面特征点的拓扑关系,对15个二次相容方程进行同构运算,推导了12个一次多项式,得到正向位姿方程的全解析解,具有形式简洁、对称,且根能够唯一确定的特点。根据速度基点法,建立特征点速度之间的矢量关系,解决了机构的速度正解问题。结合杆长协调方程及速度映射方程,并运用Jacobian代数法解析出机构的3组奇异曲面方程。实验结果表明,位姿正解的计算值与测量值完全一致,速度正解的最大相对误差为0.08%,它们的效率指标值分别为0.21和0.32,均满足实时性要求。     

计及重力的3-R[TXX-]RS并联机构静刚度分析

研究重力场作用下3-R[TXX-]RS并联机构半解析静刚度建模方法。建模中同时考虑运动部件重力和末端外载荷对关节反力的影响,以及支链分布重力和所有构件/铰链弹性对关节变形的影响,并基于各部件在关节空间中的刚度模型建立机构末端静刚度模型。通过算例得到3-R[TXX-]RS并联机构末端静刚度和重力引起的末端变形在工作空间的分布规律;通过研究各构件刚度和重力分别对末端静刚度和变形的影响,得出为实现轻质高刚的结构设计应从球副和转动副刚度相匹配、主动臂和从动臂的驱动和约束刚度相匹配以及动平台轻量化设计等方面入手。     

四自由度混联机器人运动学分析与仿真

根据串联机构和并联机构的特点,以两平移一转动并联机构为主体,设计了一种四自由度混联机器人,该机器人动平台自由度为三平移和一转动,同时,在并联机构动平台和虚拟固定平台间增加一辅助支链,该辅助支链具有独立的转动自由度。与具有同样运动特性的并联机构相比,该机器人的工作空间大,转动灵活。分析了该机器人的运动学特征,求出其位置正反解析解,利用运动影响系数对其速度和加速度进行了系统研究,并进行了动态仿真验证。     

含双平行四边形结构支链的SCARA并联机构研究

提出了一种含双平行四边形结构支链的新型SCARA并联机构,其包括4条相同支链,具有结构紧凑、承载力和刚度高的优点。首先,基于李群理论对机构的拓扑结构及其自由度进行阐述。其次,构建闭环矢量方程,推导出位置正/逆解,并通过2个数值算例验证位置解的正确性。通过对闭环矢量方程关于时间求导,得到机构的雅可比矩阵,由此建立输入角速度与末端输出速度之间、输入角加速度与末端输出加速度之间的映射关系,并对其进行数值仿真分析。然后,基于位置逆解,运用极限边界搜索法求解机构的工作空间,并绘制相应图谱加以分析。为明确机构动平台的转动性能,进一步研究不同工作平面下的动平台最大、最小转动角的空间分布图谱。在此基础上,借助特征因子构造量纲齐次雅可比矩阵,并利用条件数和可操作度两种方法分析机构的运动传递性能。基于直接和间接雅可比矩阵进一步对机构的3类奇异位置进行分析,明确奇异发生的条件。最后,借助Matlab与ADAMS软件开展仿真实验,验证了理论分析和设计结果的正确性与可行性。     

末端铰接三平动并联机构设计与性能优化

针对高性能3D打印需求,提出了一种结构简洁且高效的三平动(3T)并联机器人。首先,为得到期望的自由度构型,提出一种拓扑演化设计方法,即将一种三平一转自由度(3T1R)并联机构作为初始构型,根据螺旋理论解析该机构自由度及其性质,在此基础上,将动平台向其中心无限缩聚至一点,并使3条支链的末端连杆铰接于该点,进而对机构的末端铰接杆进行再设计,最终演化得到一种仅存在转动副且末端含铰接结构的三平动并联机构。其次,根据输入关节与末端铰接点之间的关系,采用几何投影法和闭环矢量法构建该并联机构的运动学方程,推导其位置正/逆解,并进一步得到速度雅可比矩阵,进而建立速度和加速度映射模型。随后,利用分层切片的搜索算法,预估机器人工作空间,并分析其奇异性。为综合评估机器人性能,对机构灵巧度、速度、承载力及刚度性能指标进行分析,进而提出一种多目标优化设计模型,并据此开展尺度综合,获得最优尺度参数。最后,借助多体动力学软件进行轨迹跟踪仿真校验。研究结果表明,该并联机器人结构简洁紧凑,性能优良,为其后续实体样机制造及实际应用奠定了理论基础。