4PRR-P混联加工机构运动学研究

由于平面并联机构存在着动平台灵活度低,容易产生机构奇异,工作空间小等缺点,课题组提出了一种新型4PRR-P混联加工机构。基于螺旋理论验证了机构的自由度特征,建立了机构位置逆解数学模型,确定了机构的奇异位形。采用数值搜索法求解了机构的工作空间,通过考察各尺度参数对工作空间的影响,优选得到了机构的关键尺度参数。相关数值计算及运动仿真结果表明该机构可以解决平面并联机构存在的灵活度低、容易产生机构奇异、工作空间小等问题。文中运动学模型及性能分析结论合理正确,相关成果可为机构动力学分析、结构设计提供参考。

新型六自由度铆孔机器人刚度特性研究

针对高端制造业对大型、薄壁及复杂曲面工件的精密、高效和柔性加工的需求,课题组设计了一种基于6-SPU并联机构的新型步行式铆孔机器人。首先,建立了机构的位置逆解的数学模型;然后,通过螺旋理论推导出机构的雅可比矩阵,同时考虑支链的刚度系数,建立了机构的全刚度矩阵及刚度模型;最后,对机构在静载荷作用下动平台变形进行了分析,同时分析了机构的刚度特性分布及相关参数对其的影响,并和有限元仿真结果进行对比,验证了刚度模型的合理性。该研究为自动铆接机器人的结构优化及性能分析提供了参考依据。

基于6-SPU并联机构的铆孔机器人静力学分析

对基于6-SPU六自由度并联机构的集制孔与铆接为一体的新型步行式铆孔机器人进行静力学分析:在位置逆解建模、求解的基础上,根据机器人铆接轨迹规划,确定铆枪的正确铆孔作业位姿;针对飞机某大型薄壁圆柱面工件,应用有限元分析软件进行机器人铆孔作业仿真,获得各铆接点工位对应的动平台各向最大变形量及机构的最大等效应力.仿真结果表明,机器人最大变形量最大值为51.847×10^-7 m,在飞机铆接制孔误差允许范围内,且机构最大等效应力最大值为2.698 MPa,远小于材料屈服极限,可满足铆孔作业的精度与强度需求.

一种等效3-P_zP_xS并联机构设计与运动学性能分析

针对多轴联动混联加工平台的构型创新需求,综合出一种支链中含平面缩放结构单元的新型2R1T并联机构--3-P_zP_xS。提出并优选了支链构型,验证了机构自由度;推导获得了机构位置正逆解析解,便于后续的运动规划及控制;基于机构雅可比矩阵,确定了机构发生正运动学奇异的位形参数条件;采用边界搜索法获得机构可达工作空间后,确定机构具有大的转动能力。相关成果为混联高效数控加工中心的研究奠定了理论基础。

6-SPU并联机器人的轨迹规划与仿真

针对航空制造领域中对飞机机翼等大型工件的高加工精度、高生产效率等要求。首先,通过螺旋理论对6-SPU并联机器人进行了机构自由度的分析,并根据弗莱纳-雪列空间三元矢量原理以及并联机构的逆运动学求解方法,对6-SPU并联机构动平台的运动规划进行了分析和研究,得到机构动平台在加工过程中的相应位姿。然后,利用齐次坐标变换矩阵和逆解运算公式进一步确定6-SPU并联机构动平台上末端执行器按照预期运动轨迹移动时在驱动副上所施加的驱动运动规律。最后,借助三维软件SolidWorks及MATLAB中Simulink仿真模块进行建模仿真,进而验证了对并联机构运动轨迹规划的可行性,为移动式并联加工平台的工程设计提供理论基础。

双机器人协同焊接管接头的任务规划及仿真

以船型焊(平焊)焊缝为约束,研究双机器人、管接头、焊枪及焊缝之间的空间位姿矩阵变换关系,建立了双机器人协调焊接坐标系、焊接机器人与夹持机器人的约束关系,对双机器人之间的协调运动做了理论分析。采用D-H变换矩阵法对双机器人协同焊接系统建立连杆坐标系并求解正运动学方程,然后,求出最佳协作空间,根据规划的空间焊缝离散点位置坐标矩阵,利用Matlab求解出机器人逆运动学的各个关节角值。以双机器人协同焊接管接头上的“马鞍形”空间焊缝为例,采用Solidwoks-SimMechanics联合仿真平台进行仿真实验,结果表明,仿真平台能够准确地完成双机器人协同焊接仿真任务规划和分析,验证了所提双机器人协同焊接运动学模型及参数求解的正确性。

一种新型分岔并联机构的多自由度模式分析

提出一种全新的分岔单环闭链构型URRC,这种单环闭链具有两种自由度模式。将串联支链PRRP与分岔单环闭链组合成混联支链,利用3条混联支链连接动平台和定平台,得到了一种分岔并联机构。通过对单环闭链不同模式的组合,得到3T3R、3T、2R1TⅠ、2R1TⅡ、1R2T共5种自由度模式的并联机构,并用螺旋理论分析证明了分岔并联机构具有的5种自由度模式的正确性和驱动选取的合理性。

含可重构动平台的新型并联变胞腿机构设计

变胞机构在不同工作阶段会呈现拓扑结构形式不同的运动构态,为便于描述变胞机构各运动构态之间的关系,提出了变胞机构全构态的概念,据此提出了变胞并联机构的构型综合原理,即首先综合出变胞机构的全构态机构,然后由全构态机构经由其约束的增加(或自由度的衰减)演变为某一具体构态机构。构建了基于单自由度空间闭链机构的可重构动平台,据此实现了变胞并联机构的多运动构态切换。根据提出的变胞并联机构构型综合原理,对一种可实现三/四自由度构态切换的新型变胞并联机构进行了构型综合,然后将三重对称Bricard空间闭链机构作为变胞机构的可重构动平台,设计出了一种新型变胞并联腿机构。

消除约束/驱动奇异的冗余驱动原理及并联腿机构设计

基于约束旋量理论,提出了约束奇异、驱动奇异判别准则,推导得出了消除约束驱动奇异的冗余驱动并联机构设计原理。并据此设计了一种无奇异的RxRyTz自由度冗余并联2RPS-UPU+2SPS腿机构。最后,通过剖析由约束、次生约束雅可比矩阵构成的完整雅可比矩阵的秩,验证了冗余驱动并联腿机构能够完全消除约束奇异和驱动奇异。该研究成果为无奇异并联腿机构的运动规划、性能优化、尺度综合、和运动控制奠定了必要的理论基础。