六面体可展机构自由度与运动特性分析

针对一种空间多环耦合六面体可展机构自由度分析问题,提出了选取动平台、建立等效串联分支、构建等效并联机构,进而基于并联机构自由度分析理论得到六面体机构自由度的分析方法。首先,选取多个构件组成的运动链整体作为动平台,基于螺旋理论建立动平台的所有运动等效串联分支;然后,减少动平台所含构件数,重新建立等效串联分支;最终将原机构等效为动平台仅由1个构件组成的传统并联机构。这样逐渐降低了原六面体机构的耦合度,从而降低了其自由度分析的难度。建立了六面体可展机构的仿真模型,通过施加不同的驱动对六面体机构的运动规律进行了分析,并讨论了该机构的折叠性能。本研究为此六面体机构的力学特性分析奠定了基础,提出的自由度分析方法为其他多面体可展机构自由度分析提供了思路。     

含折展平台的多模式移动并联机构设计与运动特性分析

为使移动机器人能更好地适应丘陵山地等农业环境,以具有较大折展特性的8R机构为平台,构造一种含折展平台的多模式移动并联机构,作为可用于农业环境作业的移动机器人搭载平台,通过分析平台折展过程中折展率变化规律,确定最优折展平台参数.对因折展产生的多种运动模式,通过螺旋理论和图论法绘制机构的旋量约束拓扑图,以此求出机构各运动模...     

双环多杆天线展开机构运动学与动力学分析

针对一种双环多杆天线展开机构进行了运动学与动力学特性分析,首先分析了展开机构构型特征,并对整体机构进行了单元分解,基于螺旋理论,绘制了单元机构的螺旋约束图;进而建立了单元机构的螺旋约束方程组,然后通过螺旋速度递推求得机构中构件的角速度和质心线速度,采用坐标转换求导法得到了速度雅可比矩阵,利用螺旋导数并基于螺旋加速度合成法则得到了构件的螺旋加速度和角加速度以及质心线加速度;最后基于拉格朗日方程,建立了整体机构的动力学方程,通过数值计算与模拟仿真,分析得到了不同构件的运动学与动力学特性,验证了理论推导的正确性。本文分析的双环多杆天线展开机构为单自由度机构,整体结构简单,仅需一个驱动便可收拢和展开,基于螺旋理论和拉格朗日法相结合的运动学和动力学建模分析方法物理意义明确,可以较好地应用于此类空间可展开机构的分析中。     

可折展管道蠕动并联机构设计与运动仿真

为探索管道蠕动机构及其移动方式,设计一种具有折展能力的3-URU管道蠕动并联机构。该机构支链运动副R与U的空间位置关系能等效成Sarrus结构,可实现并联机构的折展,对折展原理和折展干涉进行分析,求得该机构折展比,并通过仿真验证其折展效果。应用螺旋理论计算该机构自由度,求解位置正解方程,并通过蒙特卡洛法求得该机构的工作空间。在管道内对机构进行蠕动步态规划,并利用ADAMS软件进行管道内的蠕动步态验证,得到两平台位移曲线和支链转角变化曲线。研究表明,该并联机构可实现管道内的蠕动,且折叠后体积较小。     

六自由度采摘机械臂系统设计

以Atmel公司的Atmega1280芯片为核心控制器,以六自由度关节型果蔬采摘机械臂为研究对象,设计了采摘机械臂的软硬件系统。运用D-H法对六自由度机械臂进行数学建模,并通过Mat Lab构建运动仿真模型,验证了其设计的可行性;通过软件编程实现了采摘机械臂单自由度运动、多自由度协调运动和运动规划等功能模式;同时完成了Labview上位机监控界面的设计;最后通过系统调试,实现了采摘机械臂的单自由度、多自由度及基本的运动规划功能。系统整体运动灵活,协调性较好,在精度和性能上都得到了很大的提高。     

农林用精准对靶机械手运动学建模及仿真

本文对农林用精准对靶机械人蛇形机械臂运动学进行了建模和仿真。首先对精准对靶机械人研究背景及蛇形机械臂的结构进行了描述，对绳长和关节姿态角度关系进行数学建模，分析了蛇形机械臂绳长与关节姿态角对应的关系，利用MATLAB对运动学模型进行了仿真验证，同时对机械臂末端轨迹进行了仿真。研究表明：关节与绳长建模与MATLAB仿真结果一致，验证了运动学建模的正确性。机械臂末端机构具有较大的可达空间，可以满足机械臂末端机构对靶运动空间。     

平面折展升降柔顺机构设计

基于微型升降机构的工作原理,设计了一种平面折展升降柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,利用虚功原理推导出平面折展升降机构的输入载荷与输出位移关系的计算公式。设计了基于LET铰链和LOOP铰链类型的平面折展升降机构实例,并对其中包含弧形片段的LOOP柔性铰链的弯扭耦合等效刚度进行了研究,分析得到其弯扭耦合等效刚度计算公式,通过2个设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了理论公式和仿真模型的正确性。设计了基于LOOP铰链的升降机构的实物模型,计算、仿真分析和测试结果表明,该机构可产生较大提升量并且仍能保持良好的精度,达到了设计目标。     

二自由度柱面可展机构运动类型的分析

在可展曲面的基础上衍生出了可展机构,针对于柱面可展机构运动问题,分析了二自由度柱面可展机构在不同驱动下的运动类型。给可展机构添加2个不同的驱动,通过相对运动图解法与速度合成定理结合得到杆件瞬心,利用瞬时中心参考线法判断柱面可展机构的杆件位置,确定机构的运动类型。基于ADAMS软件的机构运动仿真判定可展机构的运动类型,验证了瞬时中心参考线法在分析二自由度柱面可展机构的正确性。运动图解法与瞬时中心参考线法结合的方法能够实现二自由度柱面可展机构的运动类型分析,并可拓展到锥型可展机构的研究分析。     

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。     

2T1R并联机构位置及奇异性分析

基于有序单开链单元原理提出了一种两平移一转动(2T1R)并联机构.进行了机构的自由度和运动输出特性分析;同时对机构的位置进行了分析,求出动平台位置的正、逆解析解;并对机构的奇异性进行了研究,讨论了机构的几种奇异位形,通过Matlab软件编程,绘出机构奇异时动平台的位置随姿态的变化情况.     

基于约束的虚拟装配运动导航技术

在虚拟装配过程中,当虚拟手抓取的零部件受到约束时,操作者佩戴的位姿跟踪器(FOB)检测到的理论位姿数据与虚拟手的位姿不能满足一致性,难以满足沉浸感的要求。在建立装配约束和自由度等价关系的基础上提出了表达自由度的统一数据结构,并根据零部件所受到不同约束时的剩余自由度进行了自由度的重新归约;根据零件满足当前约束的等价自由度以及位置跟踪器检测到的数据,提出了一种基于增量驱动和广义坐标系的自由度求解算法求解零件在受约束条件下的运动导航矩阵,以此矩阵驱动零部件在满足约束条件下的运动。这个算法已经被应用于集成虚拟装配系统IVAE中。     

含方位特征支链并联机构构型综合与结构优化

含方位特征支链的并联机构是一类特殊结构的刚度好、承载大的少自由度并联机构。首先,提出了含方位特征支链并联机构的构型组成原理,简化了该类机构的方位特征方程、自由度、耦合度等拓扑特征的计算公式,以及拓扑结构综合步骤;其次,根据方位特征方程,综合了2~5自由度方位特征支链以及无约束主动支链的拓扑结构型式,以4自由度并联机构为例,给出了该类机构结构综合的原则和方法。再次,根据方位特征支链中的驱动副数目(0、1、2)对机构进行分类,并给出具体结构设计案例。最后,针对部分机构存在的力学性能不好的问题,提出了支链结构优化和对称性结构优化2种拓扑结构优化方法及其相应案例。本文工作为含方位特征支链并联机构的拓扑结构综合提供了较系统的理论基础和设计方法。     

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。     

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。     

抚育机器人优化性设计——基于MatLab

以当前广泛应用于森林抚育采伐的抚育机器人作为研究对象,对其核心动作部件-机械臂进行优化性设计。根据运动部件的抚育原理及所要达到的育林效果,建立理论数学动力学模型,通过对各机械臂构件进行机械优化,绘制三维动作部件物理模型,并结合机械臂的协作运动控制机理及轨迹方案,对主要控制参数对比计算并选取。同时,利用MatLab分析工具,在核心控制算法理论支撑下开展试验仿真。针对抚育机器人的核心动作部件—机械臂系的软硬件系统进行改进优化,研究抚育机器人在抚育过程中的运动轨迹及部件动作变化情况,为进一步优化抚育机器人整机结构及协调性提供了改进思路和方法,并可为提升抚育机器人装置的整体工作效率提供理论参考。     

刚柔耦合串联机械臂末端位置误差分析与补偿

机械臂连杆柔性、关节柔性等非线性变形的综合影响,导致其末端位置发生偏离而产生误差。本文以IRB1410型串联机械臂为研究对象,采用理论分析、仿真分析与实验验证相结合的方式,对机械臂末端位置误差进行分析与补偿研究。首先,建立机械臂刚柔耦合理论误差模型,并运用Newmarkβ法进行数值仿真分析;联合ANSYS和ADAMS进行刚柔耦合机械臂末端位置运动误差仿真;为了实现快速补偿,提出基于BP神经网络的伪目标点法对位置误差进行补偿,补偿后其位置误差均方根减小了68.3%,说明该方法具有较好的补偿效果;最后,自主设计并搭建了测量实验平台,采用所提算法进行了误差补偿实验,对比补偿前后距离误差,补偿后误差均方根减小了77.01%,验证了伪目标点法对柔性误差补偿的有效性。     

基于支链驱动理论的解耦球面转动并联机构型综合

针对解耦并联机构与串联机构的运动学相似性,提出一种解耦球面转动并联机构的支链驱动理论,将解耦并联机构分为基本运动支链和驱动支链.在此基础上,推导得到球面转动并联机构运动解耦的拓扑条件,并利用该条件综合得到多种结构新颖的球面转动并联机构.经运动学分析表明:此类机构具有3个独立的转动自由度,且每个自由度仅由单个驱动器控制,实现了球面转动并联机构的运动解耦.     

基于Java3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真研究

为了实现采摘机器人机械手臂运动虚拟仿真过程的交互性,基于Java3D和VRML虚拟现实技术,提出了一种机械臂交互式三维场景生成及运动仿真系统。为了验证系统的可行性,以采摘机器人机械臂为研究对象,设计了基于采摘机器人机械臂运动仿真系统,并基于网络的特征,通过接口导入机械臂关节的造型文件,实现了采摘机器人机械臂仿真三维虚拟场景创建。对仿真系统进行了实验,结果表明:开发的采摘机器人机械臂三维运动仿真系统可以对采摘路径进行合理的规划,得到和实验基本吻合的轨迹,能够实时地显示关键力矩的变化,为关节结构的优化提供了数据参考。将仿真目标位置和预设位置进行对比发现,最大位置偏差不超过1 mm,从而验证了运动模型和算法的可靠性。