含恰约束支链的驱动变胞机构构型综合与分析

不同于现有利用约束奇异和支链奇异实现的变胞并联机构,通过开启与锁死驱动副的方式,基于3-RRR球面机构(Sm),利用螺旋理论提出了一类含主动混联恰约束支链的多模式驱动变胞并联机构。针对所综合的3-SPS/SmPU驱动变胞并联机构,根据螺旋理论分析机构各构态的自由度,利用机构的结构特征和几何约束关系建立其运动学模型。此种通过开启与锁死驱动副实现并联机构变胞的方法也适用于其他变胞并联机构的构型综合,其变胞方式简便易行,全构态逆运动学求解简单,且该类变胞并联机构可有效避免变胞过程中的约束奇异和支链奇异。     

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。     

含子闭环的并联机构运动学分析

为解决含子闭环的并联机构运动学建模问题,对含子闭环的机构进行界定。基于旋量运算得到子闭环中任意两构件的相对速度和加速度,并将结果整理成广义螺旋的形式。将子闭环这种新的表示形式与其所在同一串联支链中其他构件相对运动的传统旋量表示相结合,得到这类串联运动链的一、二阶影响系数。进而推导出含子闭环并联机构的输入速度和加速度向末端构件旋量速度和加速度映射的通用公式。分别以含有1自由度和2自由度子闭环的2个并联机构为例进行仿真验证,结果证明所讨论的方法是正确的。     

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。     

6—SPR并联机构运动学的一种分析方法

以建立惯性参数辨识的动力学方程为目的,提出了6-SPR并联机构运动学的一种分析方法.首先将各分支链视为独立的串联机构,确定各构件的空间位姿.其次构造并合理简化影响系数矩阵,将质心坐标从矩阵中分离出来,则构件的运动可以唯一地用其自身的质心坐标表示.以上平台为例进行理论计算,并用ADAMS软件进行了仿真验证.     

振动筛两平移两转动并联机构的运动学分析

为适应不同作物清选的需要,提出了一种可满足多种作业需要的空间振动筛思想.并设计了该振动筛的主体机构.该振动筛采用四自由度并联机构作为主体机构,能方便地调节振动筛的振幅和振动方向.该并联机构包含4条支路,其中2条支路为R-R-P型结构,另外2条支路为R-R-R-R-P型结构.以该机构的动平台为振动筛的筛面,能实现2个方向的移动,以及绕2个方向轴线的转动.应用转换矩阵对该机构进行运动学建模,并给出了该机构运动学的正解和反解.结果表明可以将此机构应用于振动筛.     

空间转动3-SPS-S并联机构运动学性能分析

提出了将空间三维转动3-SPS-S并联机构作为隧道管片安装机器人的微调机构,对该机构进行了运动学性能分析。在建立机构运动学模型,求解机构的位置逆解及其雅可比矩阵基础上,建立了局部刚度、局部灵活度和驱动性能3项性能评价指标。结合具体应用对该机构进行了运动性能评价。分析结果表明该机构具有良好的运动性能,能满足工程需要。     

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。     

3T1R并联机构运动学分析与优化设计

提出了一种可实现三维移动和一维转动的四自由度并联机构,它的2条相同支链通过被动转动副连接到动平台上,每条支链有2个相同分支,通过安装在基座上的移动副驱动。首先,阐述4PPa-2PaR并联机构的构型,通过螺旋理论验证机构的运动性质,基于机构自身特点研究机构的运动学特性;其次,利用数值法确定机构的工作空间,分析各设计参数对工作空间的影响,基于解析法研究机构工作空间的形状及满足的几何约束条件;最后,以工作空间占机构自身的比重为目标函数,设置影响工作空间的约束条件(如边界约束、不干涉性约束、避奇异约束和工作空间形状约束),并选择遗传算法对机构的尺寸参数进行优化设计。分析结果表明,优化后工作空间占机构自身的比重增大,工作空间体积也明显增大,优化结果可为后续样机研制提供参考依据。     

全解耦并联机构的运动学与工作空间分析

研究了一种改进型全解耦-平移两转动并联机构,导出了其运动学的正逆解解析式,并用Visual C＋＋6.0编程计算求得数值解,通过Surfacer软件得到并分析了位置工作空间形状及大小;与原机构在运动学正逆解数、解耦性与位置工作空间形状及大小、驱动等方面进行了比较,证实改进型机构比原机构具有更大、更健壮的位置工作空间且不易产生奇异位置.可使该类机型应用范围更广.     

低耦合度半对称三平移并联机构拓扑设计与运动学分析

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,提出一种三自由度3Pa+2RSS并联机构,并对该机构的方位特征集、自由度、耦合度等主要拓扑特征进行分析计算,证明分析了其耦合度κ=1;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,并应用一维搜索方法求解了该并联机构的位置正解;导出机构位置逆解的公式,并据此分析计算了该机构奇异发生的条件;在自由度、输出和运动学分析不变的前提下,为了增大工作空间,将两条RSS支链替换为RUU支链,分析求解了机构工作空间和工作空间内部的奇异性特征。结果表明:该机构工作空间形状规则,且内部的无奇异工作空间较大。     

3T1R并联机构结构降耦设计与运动学分析

根据基于方位特征(POC)的并联机构设计理论与方法,提出了一种结构简单、能实现三平移一转动的并联机构,拓扑结构分析后发现其耦合度k较大(k=2),其位置正解及动力学计算较复杂;为此,设计了结构降耦后的新机型,证明其耦合度k=1,其位置正解易用一维搜索法求出,并给出了基于序单开链法的该机构位置正解求解的一维搜索法及其数值解;同时,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间及其转动能力,探讨了该机构发生3种奇异位形的条件。     

具有整周回转能力的3T1R并联机构运动学分析

设计了一种可实现整周回转运动且便于模块化装配的3T1R并联机构。首先,提出一种仅含转动副的二维移动放缩单元,模块化组合与扩展后,构造得到一种平面二维移动放缩机构,将平面二维移动放缩机构作为支链,设计得到一种新型3T1R并联机构;其次,对该3T1R机构进行拓扑结构分析,在保证机构基本功能(方位特征集和自由度)不变的情况下对其进行降耦设计,得到耦合度为1的机构;最后,基于序单开链法对降耦机构进行位置分析,同时,基于导出的机构位置反解公式,分析机构的工作空间和转动能力,并绘制转动能力图谱,根据转动能力图谱筛选出机构可实现整周回转运动的工作空间范围,为该型机构的设计和实际工程应用提供理论依据。     

空间并联机构运动学分析的共形几何代数方法

提出了空间并联机构运动学分析的集几何表示和计算为一体的共形几何代数方法。以动平台上的坐标原点描述动平台的位置,以欧拉角描述动平台的姿态,给出了动平台上任意一点在定坐标系中位置的共形几何代数表达式,进而提出了一种建立空间并联机构运动学方程的数学建模方法。根据所建立的运动学方程,可进行空间并联机构的运动学正解和运动学反解分析。通过一种4-UPU空间并联机构运动学分析,进一步阐述了所提出的共形几何代数运动学分析方法,通过数值实例验证了所提出方法的正确性和有效性。     

4自由度冗余驱动并联机构运动学和工作空间分析

提出了能实现二维转动和二维移动的空间4-UPS-RPU4自由度冗余驱动并联机构,并对该机构进行了运动学和工作空间分析。4-UPS-RPU并联机构包含5条驱动分支,其中4条分支为UPS(虎克铰-移动副-球副)结构,1条分支为RPU(转动副-移动副-虎克铰)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,求解了机构的位置反解、速度和加速度,并在此基础上分析该机构的工作空间。研究结果为4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。     

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,...     

行星变速机构换挡变胞与其构态属性自动识别

针对数学表征行星变速机构换挡变胞过程及自动识别各挡位构态属性较难的问题,首先,解析了行星变速机构变胞理论,基于机构转换法定义相对转速意义下行星排构件间运动副约束函数的转换规则,构建以约束函数为元素的行星变速机构构件和关联关系的邻接矩阵;然后,根据换挡逻辑分析了操纵离合器和制动器的换挡变胞过程,基于邻接矩阵分别推导这两种换挡构态演变的变胞方程,建立包含行星排空转和整体回转等特殊构态的判别准则,结合实例分析揭示换挡变胞机理;最后,通过建立相对转速方程和行星变速机构特性参数识别,结合行星变速机构等效拓扑模型的约束条件,提出了基于构态变胞方程的行星变速机构传动比和转矩自动建模和求解方法,实现了行星变速机构各挡位构态属性的自动识别。以某拖拉机行星变速器为例进行了分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

三构态驱动变胞并联球铰设计与分析

不同于现有利用约束奇异和支链奇异实现的变胞并联机构,本文通过开启与锁死驱动副的方式,利用有限旋量法提出了一种可以实现一维转动、二维转动和三维转动的三构态驱动变胞并联球铰。根据螺旋理论分析机构各构态的自由度,利用机构的结构特征和几何约束关系分析其运动学。基于驱动变胞并联球铰(Sm),通过串联P副和U副,形成SmPU变胞支链,提出一种八模式3-SPS/SmPU驱动变胞并联机构。此种通过开启与锁死驱动实现驱动变胞球铰的方法也适用于其他变胞运动副的综合,变胞方式简便易行,且该类变胞运动副可有效避免变胞过程中的约束奇异以及支链奇异。     

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。