零耦合度部分运动解耦三平移并联机构刚度建模与分析

(RPa∥3R)2R+RPa机构是基于方位特征(POC)方程并联机构拓扑综合理论的一种非对称并联机构,其耦合度为零,且具有部分运动解耦性。本文对该机构进行刚度建模和特性分析。首先,对该机构进行拓扑结构描述,基于虚拟弹簧法对机构支链进行刚度建模,给出支链的静力学方程,并求解机构的刚度矩阵;其次,给出机构在工作空间中的整体刚度分布,并分别对x、y、z轴方向的扭转、线性刚度进行分析;进一步对机构进行有限元分析,并与虚拟弹簧法所得的机构变形结果进行对比,验证刚度结果的正确性;最后,对比非对称的(RPa∥3R)2R+RPa机构与对称Delta机构在不同截面下的刚度特性,结果表明,(RPa∥3R)2R+RPa机构的刚度大于Delta机构。

半对称三平移Delta-CU并联机构的刚度建模与分析

研究了Delta-CU机构的刚度及其特性,运用虚拟弹簧法建立了支链的柔性模型,并给出了支链的静力学方程。利用旋量方法得到了支链中的运动微分映射,根据静力学方程得出机构的笛卡儿空间刚度矩阵,并通过有限元分析验证了矩阵的正确性。最后,利用虚功刚度指标对给定参数下的Delta-CU机构进行算例分析,并将其与Delta机构进行了比较,结果表明Delta-CU机构与Delta机构具有基本相同的刚度特性。

一种零耦合度新型球面并联机构的设计、拓扑分析与运动学

基于方位特征方程(POC)的并联机构拓扑结构设计理论,设计了一种结构简单、零耦合度、能实现三转动(3 R)的新型球面并联机构。首先,分析计算了该机构的方位特征集(POC)、自由度(DOF)以及耦合度(k)等拓扑特性,发现该机构包含3个零耦合度的基本运动链(BKC),因此,易求得机构位置正、反解的解析解;然后,根据位置反解公式,计算分析了机构的工作空间;并基于雅可比矩阵,对机构的奇异位形进行了分析。该机构可用作机器人的肩、腕和腰等关节,或用作姿态调整装置。

一种新型单输入3T1R输出并联机构设计及其运动学分析

少输入-多输出(Fi-Mo)并联机构具有较好的应用前景,但其研究、设计与应用还较少。首先提出一种新型的单输入3T1R输出并联机构,并对该机构的方位特征(POC)集、自由度(DOF)及耦合度(κ)等主要拓扑特征进行分析计算,证明其耦合度κ=1;然后,根据基于有序单开链法的运动学建模原理,给出了该机构的位置正解的求解方法;同时,导出机构位置逆解方程,得到其雅可比矩阵,并进一步导出了动平台输出速度和加速度计算公式。最后,设计了用于三平移一转动振动筛分装置的主机构的虚拟样机。

基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化设计及其应用

提出一种基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化策略,即分别应用遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、差分进化算法(DE)三种智能算法,以工作空间性能和运动/力传递性能为目标的尺度参数优化方法,又在优化尺度参数基础上,以机构承载刚度和整体刚度为目标进行构件截面参数优化,再在优化尺度参数和截面参数基础上,以动力学灵巧度和能量传递效率为目标进行构件质量参数优化,从而使得机构的尺度、截面及质量参数达到最优。以一种零耦合度三平移一转动(SCARA)并联操作手为例,运用矢量法建立了并联操作手的运动学模型,通过工作空间性能和运动/力传递性能两个运动学指标,优化其尺度参数;运用虚拟弹簧法得到该并联操作手的刚度模型,通过对三维模型的参数识别得到其柔度矩阵,并分析了承载刚度、整体刚度两个刚度性能指标,优化了构件的截面参数;利用动力学普遍方程导出了该并联操作手的动力学模型,通过动力学灵巧度和能量传递效率两个动力学性能指标,优化了构件的质量参数。最终,该并联操作手的运动学、刚度和动力学综合性能达到最优,也得到了一些尺度、截面及质量参数的设计准则。