对称两转一移3-UPU并联机构的动力学分析

对一种空间3自由度3-UPU对称并联机构进行动力学分析和联合仿真研究。该并联机构由两个完全相同的平台通过3个同样的UPU支链连接而成,其动、定平台始终关于一个中间平面对称,该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度。利用矢量法推导机构各构件的速度与加速度,求解机构各分支的雅可比矩阵,运用虚功原理建立3-UPU并联机构的动力学模型。利用联合仿真技术对该并联机构动力学模型进行验证,通过两个运动算例验证了该动力学建模方法的可行性和有效性,特别是利用该动力学模型分析这个机构在发生定轴转动时的动力学特点,为该机构的进一步研究及实际应用奠定了基础。

一种无伴随运动的对称两转一移并联机构

提出一种新型3-UPU对称并联机构,其动、定平台始终关于中间平面对称,该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度。运用螺旋理论对机构的自由度性质及运动特性进行分析,证明该机构动平台可以绕对称平面内的任意一条轴线或任意点发生连续转动,说明该机构不存在'伴随运动',这为机构的求解及控制提供了很大的便利。同时,该机构还具有一个沿对称面法线方向的移动自由度,动平台沿该自由度方向也可以发生连续的移动。针对此机构的结构特点,用两个角度参数就可以方便、直观地表示出动平台的姿态信息。推导该并联机构的位置正、反解,并分析其工作空间,可以看出该机构的正反解都具有解析解,且表达式较为简单,方便后续的深入研究。该机构具有较大的工作空间,能够满足一般的工作需要。

基于螺旋理论的两转一移解耦并联机构型综合

强耦合性是并联机构的一个显著特点,如果能使并联机构的运动部分解耦或者完全解耦,将使并联机构的理论分析、实际应用等方面变得容易。为此,本文基于螺旋理论、机构运动螺旋系与分支运动螺旋系之间的关系,提出了移动解耦分支型综合准则和转动解耦分支型综合准则,确定了并联机构转动条件及输入运动副选择原则,形成了两转一移解耦并联机构型综合方法,并以此对两转一移解耦并联机构进行了综合并得到了许多新型机构,从而验证了该方法的正确性和可行性。

一类两转动自由度完全解耦的三支链两转一移并联机构

提出了含恰约束支链两转一移3自由度并联机构(2R1T)两转动自由度完全相互解耦的两个充分条件,设计得到了两转动自由度完全解耦的2R1T并联机构RRU-UUR-RPR和RPU-UPR-RPR,采用螺旋理论对机构自由度性质进行了分析,得到机构两条连续转动轴线的分布。然后建立机构输入位移与位姿输出之间的映射模型,根据转动自由度完全解耦的数学描述,分析得到该机构两转动自由度是完全解耦的。最后比较分析了该类机构与其他两转一移三支链并联机构含有的被动单自由度运动副数目,该类机构含有的被动运动副数目仅为8,易于实现高结构刚度的目标,具有广阔的应用前景。

两转一移并联平台伴随运动力学性能研究

两转一移型并联平台运动中可能会产生伴随运动。伴随运动的有无影响着平台构件力学性能,且对其研究甚少。为探究伴随运动对平台构件受力的影响,以两种有防扭臂的三自由度平台为研究对象,分别通过理论和仿真方法分析其在有、无伴随运动时的力学性能。研究结果表明,含有防扭臂装置的平台在有、无伴随运动时,不同位置处防扭臂铰链点的受力大小明显不同。

一移两转平板折展柔性铰链的建模及优化

为提高平板折展机构(LEMs)的灵活性,提出一种一移两转三自由度平板折展柔性铰链.综合考虑各柔性片段的变形特点,设计一移两转平板折展柔性铰链的外形结构;利用等效弹簧模型推导该铰链沿x轴、y轴方向的转动等效刚度及沿x轴方向的移动等效刚度的理论计算模型,并通过设计实例的理论计算结果和仿真分析结果对比,验证刚度计算模型的正确性;探讨各结构参数对3种等效刚度的影响灵敏度;以提高铰链的转动性能和移动性能为目标,构建一移两转平板折展柔性铰链的多目标加权优化模型,并利用基于罚函数的粒子群算法对各结构参数进行优化.结果表明:优化后的一移两转平板折展柔性铰链的各项性能都有较大提升,优化模型具备可行性.

具有连续转轴的对称2R1T三自由度并联机构型综合

为综合出更多具有连续转轴的并联机构新机型,提出一种具有连续转轴的两转一移(2R1T)并联机构型综合新方法。运用螺旋理论,给出该类机构约束螺旋的空间布置,提出并联机构连续转轴的判别条件,确定分支运动副类型及空间位置关系。基于分支约束力与分支运动副之间的几何位置关系,证明了该类机构能够实现连续转动。利用该方法对具有平面上任意直线为连续转轴的对称两转一移并联机构进行综合,并仿真验证了研究结果的正确性。该综合方法简单、有效。

具有连续转轴的新型3-UPU并联机构的运动特性分析

提出了一种新型3-UPU对称并联机构,该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度(2R1T)。基于单叶双曲面几何性质,证明了该机构在任意位形下始终关于一个中间平面对称及机构自由度的非瞬时性;进而发现该机构动平台具有可绕其中间对称平面内任意直线做连续转动的特性,并通过仿真进行验证;采用一种新的两转动机构的姿态矩阵的求解方法,推导了该机构的运动学反解,并进一步分析了其工作空间。研究结果为该类机构的应用提供了理论参考。

2-RPU/SPR并联机构位置正解及位置多解分析

提出一种两转一移(2R1T)三自由度并联机构2-RPU/SPR,该机构具有两条连续转轴,则可采用旋转变换公式运算,由动平台绕两条连续转动轴线转动的角度得到了动平台的位姿,然后根据机构的杆长约束条件,求解得到分支杆杆长与机构动平台位姿之间的关系表达式,运用位置反解逆思想求解位置正解,则可以求出位置正解解析式,并采用Adams仿真软件对其进行了仿真验证。基于典型6-SPS机构和本论文提出的机构,运用Matlab软件数值求解出多组实数解,再采用Adams验证正解多解原因,不同样条曲线驱动使杆长达到一致,造成动平台位姿不同,得出机构位置正解多解的原因。机构位置分析对机构的运动学标定和轨迹规划有着重要的意义。

具有两条连续确定转轴的PRR型并联机构型综合

为综合出更多具有两条连续确定转轴的PRR型两转一移(2R1T)三自由度并联机构,提出一种简单有效的型综合方法.首先,给出了具有两条连续确定转轴的PRR型并联机构的概念,基于螺旋理论给出转轴连续确定的条件;然后,根据虚拟链法和PRR型并联机构的结构特性,得到该类并联机构的约束螺旋分布情况;接着,基于PRR型并联机构的约束特性,将支链分为三类并综合了其具体结构;最后,确定了PRR型并联机构的具体型综合步骤,给出了不同冗余约束情况下的约束分布及其对应的支链布置条件.根据该型综合方法,完成了两条转轴连续且确定的PRR型2R1T并联机构的型综合,为该类机构的应用奠定了理论基础.