多环耦合机构末端件自由度计算的等效法

针对新型耦合机器人与常见并联机器人机构结构的迥异性,提出一种适应多环耦合机构末端件约束分析和自由度计算的新方法,此方法的主要思路是将多环耦合机构转化为并联机构。提出机构拆分原则,将连接输入和输出的部分拆分为多个独立单元体。应用螺旋理论逐一分析拆分出的单元体中各个耦合节点构件相对于机架的独立运动,将含耦合结构的独立单元体等效为一个串联分支,整个机构就等效为一个并联机构。分析等效并联机构各分支的运动螺旋系和约束螺旋系,采用二次反螺旋求得机构末端件的自由度。应用提出的等效替代法计算一个耦合机构的自由度,计算结果与原型一致,表明提出的新方法能够有效化简耦合机构的复杂性并正确求得自由度。

基于独立运动分流标记法的多环耦合机构自由度分析方法

基于运动分流法,提出一种改进的多环耦合机构的自由度分析方法,可将复杂的多环耦合机构拆分成多个运动独立的链.应用螺旋理论分析独立运动链所含耦合节点相对于机架的独立运动,并用广义运动副等效代替,整个机构就可以等效为一个并联机构.通过分析等效并联机构的运动和约束螺旋系,即可确定多环耦合机构动平台的自由度数目和性质.将提出的方法应用于一种Hoberman Switch-Pitch魔球机构的自由度分析,验证了该方法的有效性及简单性.

一类对称三自由度移动多环耦合机构的构型综合

针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-(RRR)RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据单闭环自由度公式确定耦合支链上运动副的个数.然后,为避免出现瞬时机构,分析耦合支链上运动副的种类.最后,通过对耦合支链的组装,综合出了一类具有一、二级耦合节点的对称三自由度移动多环耦合机构.

基于约束法线的多环耦合机构自由度分析计算

针对空间多环耦合机构比空间并联机构更加复杂,运动链之间通过运动副作用于耦合构件产生了更多的约束作用,提出了一种适用于多环耦合机构的自由度计算新方法。首先,确定机构中的耦合构件,结合运动副约束法线分布,把机构中各构件之间通过运动副产生的约束,简化成约束点上法线的分布;然后,将耦合机构的自由度分析转化为分析各个耦合构件的约束法线几何关系,根据建立的约束法线几何关系对自由度的判定理论,分析判定耦合构件的自由度性质,并确定各耦合构件的过约束数目;最后,通过机构的连续性确定虚约束数目,代入自由度计算公式,得到多环耦合机构的自由度。结合实例分析可知,新方法不仅可以求得各耦合构件的自由度,还可准确计算耦合机构的自由度。新方法理论依据充分,物理意义明确,可有效应用于耦合机构的自由度分析。

基于POC法的多环耦合并联机构拓扑特征分析

应用基于POC集和SOC单元的并联机构拓扑结构设计方法(简称POC法),对2个典型的多环耦合机构进行了拓扑特性分析,分析表明,需要在相应的自由度公式和约束度公式中,减去相应的'耦合次数',才能计算出正确的机构自由度和耦合度,拓扑特征的总体计算过程、步骤和一般并联机构的拓扑特征分析相同;同时表明,POC法能有效分析多环耦合并联机构,且物理、几何意义明确,操作简便易懂;多环耦合机构的结构看似复杂,但其耦合度相对较低,其运动学、动力学分析并不很复杂,因此,也具有一定的应用推广价值,当然,其应用的背景本身有待探索。

一种多环耦合机构的自由度分析方法

多环耦合机构作为一种具有复杂耦合特性的机构,因支链间存在层层嵌套的关系,支链提供的约束和运动并非直接作用于机架和动平台,导致机构自由度计算困难。受神经生物学反射活动的启发,针对多环耦合机构自由度分析这一难题,提出一种多环耦合机构的解耦方法及自由度求解方法。首先将神经生物学中的概念映射到多环耦合机构,进而利用神经生物系统的结构组成,建立多环耦合机构的拓扑结构,然后将神经细胞间的互联原则应用到运动副中,建立运动副在3种互联原则下的输出运动计算法则,并引出多环耦合机构中的兴奋与抑制作用;其次基于神经细胞间的互联原则和信息传递原则,建立将多环耦合机构分解成独立运动模块的3种解耦模型和4个解耦规则,提出将独立运动模块转化为广义串联支链、耦合机构转化成并联机构,从而进行自由度求解;最后以霍伯曼魔球机构的自由度分析为例,证明该方法正确且简单形象。

二十面体机构构型设计与分析

基于具有对称性和对偶性的正十二面体,设计了一种以三、四、五边形为耦合节点的二十面体单移动可展机构。首先,在正十二面体的十个面上添加一种顶点,通过增加顶点种类以增加耦合节点种类,从而得到具有三、四、五边形结构的节点构件。根据构件连接情况设计四类替换构件,将替换构件用转动副(R副)依次连接,构造耦合机构基础模型。其次,基于螺旋理论应用分流法计算其自由度。最后,进行主动输入选取分析及构建耦合机构的三维模型,设置方向相反的驱动条件分别进行仿真运动,应用Matlab得到动平台和节点构件的位置变化曲线,仿真结果与理论分析结果相统一,表明提出的机构具有伸缩运动特性。

一种单自由度对称可展耦合机构的设计

基于正十二面体结构的特殊性和对称性,提出一种具有一个移动自由度的对称可展耦合机构。针对正十二面体包含的几何要素及空间布局,建立耦合框架结构,定义对应的构件类型并确定支链组成,根据各构件的连接情况设计3种类型替代构件,按照耦合框架结构用转动运动副(R副)将替代构件顺次连接,构建出机构基础模型。分析基本单元环的内部约束,在确定其具有可动性的基础上对机构基础模型的自由度及输出运动性质进行分析,设计出期望的对称耦合机构。建立耦合机构的三维实体模型,设置不同的驱动条件,通过Matlab获得节点构件和末端件的位移变化曲线,得到的结果与理论分析结果一致,表明提出的新机构是一种具有可展性的单移动自由度对称耦合机构。