低耦合度且部分解耦的3T1R并联机构设计与分析

三平移一转动(3T1R)并联机构具有拓扑结构复杂、耦合度高、输入-输出运动不解耦,且易出现奇异位置等问题。根据基于方位特征(Position and orientation characteristic,POC)方程的并联机构拓扑设计理论和和冗余支链消除奇异位置原理,首先,提出了一种含冗余支链的低耦合度、运动解耦、大转动能力的3T1R并联操作手新机构;其次,对其进行拓扑结构分析,主要包括POC集、自由度、耦合度以及运动解耦性分析;再次,建立了基于序单开链法运动学建模原理的位置正解求解模型,并应用一维搜素方法求解了该并联机构的位置正解;基于导出的机构位置逆解,分析了机构的工作空间、转动能力及奇异性条件;阐明了冗余支链可避免奇异位置,并能增加机构刚度;最后,给出了机构动平台的速度、加速度变化规律。本文为该操作手的机械设计、动力学分析、样机研制奠定了理论基础。     

三平移全柔性并联微动机器人机构静力学分析

对新型非对称三平移并联机构{R∥R∥R∥P（4R）}∥{R∥R∥P（4R）∥R}⊥{R∥R∥R∥P（4R）}普通的转动关节全柔性化,形成非对称全柔性三平移微动并联机器人机构。利用“伪刚体模型”法,以普通的转动副加上等效的双向扭转弹性元件替代每个柔弹性关节,形成全柔性并联机器人机构的伪刚体等效模型。采用与“摩擦圆理论”分析法相似的力分析方法,分析了全柔性并联机器人机构的静力学问题,发现机构虽然具有优良运动解耦性,但其静力学性能较差。     

三平移并联机构拓扑设计与运动学分析

基于子运动链生成子工作空间和基于叠加原理的并联机构拓扑设计方法,设计一种具有符号位置正解且运动解耦的纯三平移并联机构,并对该机构进行拓扑分析;运用基于拓扑特征的机构位置分析方法求解该机构位置正逆解并进行验算;基于SKC单元的奇异分析方法对该并联机构的奇异位形进行分析,并求解该并联机构规则无奇异的长方体工作空间。研究结果为一类具有规则工作空间并联机构的设计提供了理论基础。     

运动解耦且大工作空间三平移机构拓扑设计

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计方法和运动解耦设计原理,提出一个运动解耦性优异的单回路三平移子并联机构;设计一类4个具有正向位置符号化、部分运动解耦性且具有较大工作空间的三平移(3T)并联机构;对这类机构进行拓扑特性分析,得到相同的方位特征集(POC)、自由度(DOF)、耦合度(κ)、运动解耦性等主要拓扑特性;对其中一个机构进行运动学、动力学性能分析。根据基于拓扑特征运动学建模原理,求出其符号化位置正反解,以及速度、加速度曲线;基于推导出的位置逆解公式,分析机构的奇异位形及工作空间;根据基于序单开链的虚功原理,进行其动力学建模与分析,求解出机构的驱动力。     

基于拓扑降耦的3T1R并联机构设计与运动学特性分析

根据基于方位特征方程（POC）的并联机构拓扑结构设计理论及方法,设计了一种低耦合度三平移一转动（3T1R）并联机构,对该机构进行了拓扑结构分析,包括方位特征、自由度及耦合度计算,该机构具有部分运动解耦性。但耦合度k=1只能求得位置正解的数值解,不利于后续的尺度优化、误差分析及动力学分析,为此对其进行拓扑降耦优化设计,即在基本功能（DOF、POC）以及部分运动解耦性不变的情况下,使其耦合度k=0并具有符号式位置正解。运用基于拓扑特征的运动学建模原理求解该优化机构的符号式位置正解,基于导出的雅可比矩阵进一步分析了机构发生奇异的条件,分别基于位置逆解和位置正解求解机构的工作空间,研究表明,基于位置正解的机构工作空间分析具有计算过程简单、计算精确、计算量少等优点。本研究为该机构后续的尺度优化、误差分析及动力学分析奠定了基础。     

零耦合度且部分解耦的3T1R并联机构设计与运动分析

零耦合度(κ=0)且运动解耦的三平移一转动(3T1R)并联操作手机构,不仅其运动学和动力学分析简单且能得到解析解,实时控制也较容易。根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和冗余支链消除奇异位置原理,设计了一种含冗余支链的3T1R并联操作手机构,对其进行拓扑结构分析,主要包括POC集、自由度、运动解耦性以及耦合度分析,表明其耦合度为零且具有部分运动解耦性;根据提出的基于序单开链法的运动学建模原理,方便地求解出机构的位置正解解析解;基于导出的位置逆解公式,分析了机构的工作空间、转动能力及其奇异性条件;推导出机构动平台的速度、加速度变化规律。     

基于改进蚁群算法的3-PPR并联机构位置正解研究

针对3-PPR并联机构位置正解问题,运用螺旋理论计算其自由度,并分析其运动特性,同时通过解析法构建该并联机构的完整运动学逆解。将并联机构运动学正解问题的求解转化为对目标函数优化问题的求解,并基于此建立该并联机构正解的目标函数优化模型。通过对基本蚁群算法进行有效的改进,构建了可用于求解连续优化问题的改进蚁群算法。运用该算法求解3-PPR并联机构的运动学正解并进行Matlab仿真分析,对比传统数值方法和改进蚁群算法,证实该算法具有良好的全局寻优能力,并能避免初值和局部最优值对计算结果的影响,可有效应用于求解并联机构的位置正解问题。     

无寄生运动非对称空间2T1R并联机构设计与运动学分析

根据基于方位特征方程的并联机构设计理论与方法,设计了一种能实现空间两平移一转动(2T1R)且无寄生运动的非对称并联机构(RPa‖3R)-R+RSS。对该机构进行了动平台方位特征(POC)、自由度(DOF)以及耦合度κ计算的拓扑特性分析,表明机构为零耦合度且具有部分运动解耦性;运用序单开链法的运动学原理,推导了求解机构位置正反解的解析式;基于位置反解,分析了机构的位置工作空间形状与大小及其转动能力;探讨了机构发生奇异位形的条件;对机构的速度和加速度进行了计算及仿真分析。结果表明:该机构运动学分析简单,转动能力强,动力学性能较好。     

具有解析式位置正解的2T1R并联机构运动性能分析

求解具有解析式位置正解且部分运动解耦的并联机构,有利于后续的误差分析、动力学分析、运动轨迹规划与控制等。基于方位特征方程(POC)的并联机构设计理论与方法,设计了两种具有解析式位置正解且部分运动解耦的2T1R并联机构,并对这两种机构进行了方位特征、自由度及耦合度等主要拓扑性能分析;提出基于拓扑特征的运动学建模与求解方法,并据此求解了两种机构的解析式位置正解;基于导出的位置反解,分析了两种机构工作空间、奇异位形、动平台的速度与加速度变化规律。最后比较了两种机构的运动性能,选择了优选机型。为优选机型的动力学分析与样机研制提供了理论基础。     

零耦合度空间2T1R并联机构运动学与刚度建模分析

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法，提出一种零耦合度、含1条冗余支链的三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构，并对该机构进行拓扑分析。结果表明：该机构具有符号式位置正解和部分运动解耦特性，其被动冗余支链能避免奇异位置，改善刚度；因机构耦合度为零，易求解出其符号式位置正解，并分析了机构可能产生的3种奇异位置；运用虚拟弹簧法建立了每条支链的刚度模型并进行求解，给出并分析了机构笛卡尔刚度矩阵中扭转刚度和线性刚度的变化趋势，讨论了冗余支链对整体刚度性能的影响，验证了冗余支链可使机构整体刚度性能提升约22%。     

玉米秧苗移栽机的设计

在总结现有机型优缺点的基础上,设计了一种新型玉米秧苗移栽机,能够一次性完成开沟、栽苗、覆土及镇压等工序。该机器由栽植机构、输送机构、开沟器、镇压轮、覆土机构、传动机构、悬挂部分及辅助部分等组成。为此,重点介绍了栽植机构、传动机构、输送机构以及机架及轮架的设计。栽植机构由曲柄摇杆机构演化而来,连杆作为栽植臂;传动机构采用齿轮及链轮传动;输送机构采用滚筒和皮带。实验证明:该机栽植效率在8 5%以上,性能稳定,栽植速度较高,减少了栽植手的疲劳强度,给农民带来较大的方便。     

水利建设项目后评价机制研究

后评价的发展不仅与它的方法和内容的研究有很大的联系,还取决于建立合理的后评价机制.针对我国水利建设项目后评价机制的现状及特点,提出了健全水利建设项目后评价机制的思路,对水利建设项目后评价的管理机制、运行机制和结果的反馈机制进行了研究,建议建立起三级管理体系,并对后评价的经费来源和起止时间进行了规定,设计了后评价反馈流程,可以将所总结的经验教训和知识有效地反馈到其他项目开发和建设中.     

曲柄摇杆式残地膜捡拾机构研究

针对目前残膜捡拾机构性能不可靠,造成残膜收净率较低的问题,提出一种曲柄摇杆式残地膜捡拾机构,建立机构几何与数学模型,对所设计机构的工作机理进行仿真、分析与优化,达到了捡拾与卸膜的工作要求。大田试验表明,机具的工作效率大于0.4hm2/h,残膜回收率达到88.5%,工作过程中基本未出现缠绕问题。     

手剥山核桃破壳机的设计与研究

手剥山核桃属于开袋即食休闲食品,食用时,像剥花生一样,使壳仁分离。为此,介绍了手剥山核桃破壳机的设计过程。对常用坚果类破壳方法进行了比较,从手工加工方法中得到启示,吸收传统加工工艺中的有用经验与撞击法相结合,设计出机械敲击方式破壳机构。同时,给出了机械敲击臂机构、喂料机构、力调节机构和原理样机的设计。滚筒的凹槽采用近似半球形,可实现与山核桃形状的拟合,有效减少打击力分力。通过实验验证,该机可针对不同规格的山核桃,破壳的适应性好。     

基于遗传算法齿轮连杆组合机构优化设计

分析了齿轮连杆组合机构的工作原理。采用遗传算法对机构进行合理优化,设计出具有停歇精度高,满足曲柄存在条件和传动角γm in≤[γ]传力性能的组合机构,解决了传统组合机构设计中参数难以确定的问题。     

变杆长/变扭角空间机构的位置分析

针对某些工程由于受机构固定构件的限制而难以完成的问题，给出了一种新型空间机构，该机构能够在工作中改变某个参数的运动规律而实现所需的特殊空间轨迹。利用向量回转法建立了该空间机构睁数学模型，调用Matlab函数分别对变杆长RRRSR—l2机构和变扭角RRRSR-α1，机构进行了位置分析，解出并利用绘图函数表达了两机构同一杆上同一点的轨迹曲线，并进行了分析比较。     

五自由度混联机构圆弧插补算法研究

提出了一种由两自由度并联机构和三自由度串联机构构成的五自由度混联机构-2SPU+U+RRR。建立了该混联机构的三维模型并搭建了试验样机,通过分析将其等效为U+RRR串联机构。对等效后的U+RRR串联机构进行运动学正反解分析,并验证了正反解求解的正确性,同时对两自由度并联机构进行了运动学反解计算,为机构控制奠定了理论基础。针对传统空间圆弧插补算法计算的复杂性,提出了一种基于等弧度数据采样的新型空间圆弧插补算法,简化了插补算法的计算量。通过Matlab仿真和样机实验,验证了上述插补算法的正确性。     

多杆驱动打穴机构的仿真分析与试验研究

针对目前国内移栽机被动冲压式打穴机构工作效果不佳及多边形滚动效应影响穴孔稳定性的问题,设计了一种多杆式打穴机构,并通过计算得到多杆机构的结构参数。利用Solid Works Motion对机构进行运动学分析,得出当机构前进速度为800mm/s、曲柄转速为65r/min时,打穴机构驱动打穴器形成滚摆线轨迹,打穴器在打穴时能够保持相对地面静止。对打穴机构进行动力学分析,得出装载配重时机构驱动力矩的变化规律,经样机制作试验,多杆机构能够控制打穴装置按照滚摆线轨迹运行。对机构进行大田试验,得到当钻孔器转速为120 r/min、车速600 mm/s、湿度为50%时,穴孔的稳定性最佳。     

向心运动耦合机构设计与分析

针对正四面体的几何结构特点及对称性,将其棱边和顶点分别用两种构件替代,并通过单自由度转动副连接组合得到正四面体的等效几何基础模型。采用添加支链改变约束系的方法得到了基本可动单元体,进一步通过单元体的组合重构,设计了一种类正四面体耦合机构。基于独立运动分流标记法对其进行了运动性质分析,并通过Matlab软件得到各对称节点位移变化曲线,分析表明了设计的新机构具有2个移动自由度并且可以实现向心运动。     

自动调平喷杆式喷药机设计与试验研究

针对耕地存在缓坡起伏及不同农作物具有不同的植株高度的特点,设计一套能够自由调节喷杆高度的喷杆式喷药机。该机喷杆始终保持与地面平行,使喷药机在田间工作时能够通过液压系统进行自由提升,且在田间工作时可利用机械部件完成喷杆的调平工作。系统利用动滑轮和液压系统完成喷杆的提升,利用弹簧和阻尼器完成喷杆的机械调平工作。该喷药机对提高农药的利用率、降低农作物生产成本都具有积极的推动作用。