基于螺旋理论的3自由度并联机构运动学分析

【目的】满足汽车表面加工与车漆喷涂的任务需求,利用机器人进行协同甚至自主完成加工、美化工作,提高工作效率。【方法】设计了一款具备多自由度的汽车车身制造与喷漆机器人,采用3-RPS并联机构作为执行部件支撑件,针对机器人的结构设计特点,主要对机器人末端3-RPS并联机构支撑部分的机构构型和整体运动采用螺旋理论进行分析,利用闭环支链建立机构运动学模型。【结果】利用MATLAB和Admas View软件分别完成了运动学方程求解和运动学仿真,两者结果误差在3%以内。【结论】仿真值与分析值的误差较小,在可忽略范围内,所建立的设计机构运动学方程有效可行,可以利用此结果进行进一步的机器人运动控制设计与相关研究。     

基于螺旋理论对4-URU并联机构自由度分析

笔者通过对4-URU并联机构的自由度进行分析,该机构具有四个相同的支链,通过螺旋理论分析其中的一支链A₁B₁C₁的自由度及类型,首先对该支链建立螺旋系,通过求解该螺旋系的反螺旋,再分析四个支链的反螺旋系,最终得出该并联机构的自由度及类型。通过修正的G-K公式对结果进行验证,并将螺旋理论和G-K公式的优缺点进行对比,分析结果表明,利用螺旋理论来求解机构的自由度具有非常大的优势。     

4-UPS-RPS空间5自由度并联机构运动学分析

提出了能实现三维转动和二维移动的4-UPS-RPS空间5自由度并联机构,并对该机构进行了运动学分析。4-UPS-RPS并联机构包含5条分支,其中4条分支为U-P-S（虎克铰-移动副-球副）型结构,1条分支为R-P-S(转动副-移动副-球铰)型结构。建立了该机构的位置反解数学模型,推导出了该机构的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机构的位置反解、速度和加速度,并采用ADAMS软件对机构的运动学进行模拟仿真,仿真结果表明理论分析结果完全正确,为该并联机构的实际应用奠定了理论依据。     

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.     

非对称三平移并联机构的运动条件设计

在分析三平移并联机构结构组成、运动输出特点的基础上,用螺旋理论的方法研究了并联机构实现三平移的必要和充分条件,根据实现三平移的运动条件及机构支路的结构特点,设计了一种新型非对称的三平移并联机构。该机构具有良好的运动解耦性、易控制、加工简单等特点,该研究亦为三平移并联机构的分析与综合打下了基础。     

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。     

六自由度并联机构组合弹簧阻尼减振装置

在减振装置中采用六自由度并联机构作为基体,在原动件处辅以可控弹簧阻尼系统,较好地解决了多自由度减振问题,克服了橡胶容易老化的特点。以航行中船舶仪器及乘客需隔振为例,分析其隔振要求。进行了位置反解分析与实例验证,并用ADAMS软件对此装置主体机构进行了运动学仿真分析、减振仿真分析,表明其减振效果明显。     

混合驱动平面二自由度五杆机构运动性能分析

对混合驱动二自由度平面五杆机构基于输入输出速度的雅可比矩阵进行了解析推导；在此基础上，分析了机构奇异位形条件。通过雅可比矩阵的条件数，分析机构输出运动的灵巧性。并基于上述方法给出算例的仿真结果。为提高混合驱动平面二自由度五杆机构的控制性能、优化机构设计提供理论依据。     

麦弗逊式独立悬架导向机构的运动特性

运用多刚体动力学和空间机构运动学方法给出了麦弗逊独立悬架运动特性参数的计算方法。采用该算法对实例中的导向机构进行了分析运算,结果表明,该算法可行、有效,且使悬架的设计计算更为准确、清晰,提高了工作效率。     

基于拓扑理论的变自由度机构分析与设计

在分析变自由度机构功能的基础上,应用拓扑理论对该类机构自由度变化的过程进行了构态描述,并对变自由度机构自由度变化前后的机构结构进行了分析和对比,找出了影响运动链结构变化的规律,从深层次揭示了变自由度机构的结构特点,同时为变自由度机构的综合、选型和应用提供了理论依据。根据变自由度机构的特点综合出该类机构的设计步骤,并设计了一种新型的机械抓手机构。     

螺旋式分杯机构运动特性分析与试验

为解决烟苗“杯罩式小苗井窖”移栽扣杯时重叠的烟苗杯罩需要逐次、单个分离的问题,利用曲线导轨曲滑机构的原理设计了螺旋式分杯机构。为研究螺旋式分杯机构关键构件的运动规律和获取运动特性参数,针对螺旋式分杯机构进行简化,建立了关键构件的角度、角速度和角加速度运动模型,并运用RecurDyn仿真软件进行运动学仿真分析,为螺旋式分杯机构的进一步优化和动力学仿真分析提供了理论依据。为验证螺旋式分杯机构结构设计的合理性,配合设计的烟苗移栽扣杯装置进行田间试验,结果表明:研制的螺旋式分杯机构结构设计合理,能实现预期的功能,分杯平均合格率为91.5%,扣杯效率提高50.3%,能满足烟苗移栽扣杯的使用要求。     

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。     

H形并联机构运动学分析与样机精插补控制实验

对一种两自由度的H形并联机构进行了运动学分析,求出了其机构自由度,运用运动学叠加原理求出了其位置正解和逆解,利用Jacobian矩阵的条件数对其进行了运动性能评价,分析了其可达工作空间。计算结果表明该机构Jacobian矩阵的条件数恒等于1,具有优越的各向同性性能和广阔的可达工作空间。通过齐次坐标变换和矩阵分解对其位置逆解模型进行了进一步分析,得出该机构输入坐标与输出坐标轨迹具有几何相似的特点,并推导了输入与输出之间合速度及合加速度的关系,据此提出了使用通用的插补控制器对其进行精插补控制的方法,而不必开发专用的插补控制器。制作了该机构的样机,对其进行了精确定位、直线/圆弧插补、连续插补等实验,实验结果证明了所建模型的正确性。     

基于支链自由度的并联机构结构综合

以先进制造装备中的机器人工作台为应用背景,研究具有3、4、5自由度的并联机构结构类型。以并联机构各支链的自由度数为基础,以运动副的自由度及运动副形式为依据,综合出具有3、4、5自由度的支链类型和运动输出矩阵形式。同时给出连接静、动平台铰链的几何结构,动平台运动输出类型。以并联机构的运动输出是各支链运动输出的交集为理论基础,提出并联机构的综合步骤,并以三平移—转动的4自由度并联机构为实例进行结构综合。通过ADAMS软件平台,对并联机构建模及仿真实验验证。     

3-SPR并联机构运动学分析

针对一种3-SPR并联平台机构,依据机构的数学模型建立了机构的位置逆解模型,在此基础上推导出各支链的速度映射模型,通过算例和运动学仿真软件CosmosMotion的仿真结果对比分析验证了该速度模型正确有效,并通过利用SolidWorks软件进行虚拟机构的建模,对其工作空间进行仿真,得到机构工作空间的几何形状。     

双横臂独立悬架导向机构的运动特性

采用空间机构运动分析方法给出了双横臂独立悬架导向机构运动特性参数的计算方法。采用该算法对实例中的导向机构的运动特性参数进行了计算，并对计算结果和试验结果进行了对比分析。结果表明：该算法可行、有效，利用该方法指导设计可改进导向机构的运动特性。     

多足仿生移动机器人并联机构运动学研究

以一种具有变形关节的多运动模式仿生移动机器人为研究对象,利用坐标变换法构建了并联机构的运动学模型;利用各分支末端之间的几何关系,求解了并联机构的运动学正解,并进行了仿真验证,仿真结果表明该机器人运动学模型构建正确、运动学正解求解正确;利用几何建模和数值求解方法对并联机构的运动学逆解存在性进行了求解验证与分析证明。     

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。     

3—CRPa移动并联机构运动学分析与仿真

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。