平面并联机构运动和动力分析的序单开链法

并联机构具有精度高、刚度大、承载能力强等优点,应用非常广泛.由于存在多变量,并联机构呈现出非线性、多参数耦合的特点,其动力学问题具有一定的复杂性.以单开链为单元对一种平面并联机构进行结构分解,按结构分解的正序进行了运动分析,在运动分析的基础上按结构分解的逆序对该机构进行了动力学分析.序单开链法可以使机构运动学、动力学方程的维数降至最低,且恰等于机构的耦合度,因此该方法可以方便求解机构动力学问题,且计算效率较高.

基于序单开链单元的并联机构动力学响应建模方法

基于序单开链思想,按照机构耦合度κ算法,拟定结构分解路线,将机械系统分解成有序的单开链单元,然后对约束度小于0的单开链虚拟赋值,对每一个单开链单元进行运动学分析(包括位置、速度及加速度分析),再结合虚功原理可得到动力学响应方程通式。最后通过一个平面三自由度的实例说明了该方法的合理性,研究内容为机械系统的设计、性能评估及实时控制等后续研究奠定基础。

基于序单开链法的4自由度并联机构位置正解

序单开链(SOC)法的特点,使运动学方程组的维数降到最低,对于大多数实用并联机器人机构,可降到一维。故借助于一维搜索法可得到该类机器人机构位置正解的所有实数解;与同伦连续法相比,计算效率较高;与代数解析法相比,显著减少了公式导出的繁琐与困难。

基于序单开链的并联机构动力学响应模式方法

提出了一种基于序单开链动力学响应模式方法,可以调用动力学静力分析方程,建立结构学、运动学和动力学的统一模型。利用adams进行动力学性能仿真,通过仿真实例验证此方法可行性。该模式方法可以丰富序单开链理论,并易于实现程序化。

RRP单开链的装配构形及运动分析研究

深入分析了RRP单开链的四种装配构形 ,给出了其统一完整的运动分析方法 ,为机构选优及运动分析提供了依据。

无寄生运动3-DOF 2T1R并联机构拓扑设计与分析

为充分研究少自由度并联机构所具备优势,拓宽其应用领域,设计并研究一种含冗余支链且无寄生运动三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构,完成运动学和动力学分析。基于方位特征集(POC)的拓扑机构学理论方法,设计了一种含冗余支链且无寄生运动的两平移一转动并联机构,并进行拓扑分析,结果表明:该机构还具有部分运动解耦特性;根据基于拓扑特征运动学的建模方法,求得机构位置正反符号解;又基于位置反解分析了机构奇异性,基于位置正解给出了工作空间;基于虚功原理的序单开链法对机构进行动力学建模,求得了该机构移动副处的驱动力以及两个子运动链(SKC)连接处的支反力;概念设计了该机构的一种应用场景。

两支链三平移并联机构动力学分析与性能优化

对前期提出的三平移并联机构2P4R(Pa)-PR(Pa)R进行了动力学分析及其性能优化。首先,基于该机构的符号式位置正解,直接求得其各杆件(角)速度和(角)加速度;然后,采用基于虚功原理的序单开链法,对该机构进行动力学建模,并通过比较3个驱动力的理论计算值与仿真结果,验证了动力学建模的正确性;进一步,以杆件长度和质量参数作为设计变量,以可达工作空间和能量传递效率两种性能指标为目标函数,对该机构进行运动学和动力学性能的二级递进优化,得到机构在上述两种性能指标下的最优解,使机构可达工作空间性能指标提高56.2%,全局能量传通效率性能指标提高63.6%,为机构设计与样机研制奠定了基础。

一平移两转动并联运动振动筛动力学建模与精度分析

对单自由度一平移两转动(1T2R)并联运动振动筛进行了动力学分析。由于该机构包含2个子运动链(SKC),且其耦合度均为零,因此,首先由求得的符号式位置正解直接求解各杆件(角)速度和(角)加速度;然后,基于Newton Euler原理的序单开链法,对含两个SKC的空间并联机构进行动力学建模,计算得到该机构主动副的驱动力矩变化曲线;与利用传统Lagrange法得到的驱动力矩进行了动力学建模误差对比分析,结果表明,基于Newton Euler原理的序单开链法具有更高的动力学建模精度。本文为多回路空间并联机构高效、精确动力学建模与分析,以及该并联运动振动筛的动力学参数优化提供了理论基础。

用一维搜索法求解复杂机构的全部位置解

将基于有序单开链单元的一维搜索法 ,推广至求解任意三回路以内基本运动链、绝大多数四回路基本运动链 ,及其由这二种基本运动链组成的任意运动链的全部位置解 ;给出了确定任意复杂运动链位置解总数目的计算公式 ;最后求解了一个三回路复杂机构的所有位置解。

一种机械系统动力学响应分析方法

为了动力学响应分析的通用性及简便性,提出一种新的动力学响应分析方法.将机械系统分解成有序单开链单元,按其正序首先在约束度小于0的单元进行虚拟赋值,然后在其他单元依次进行运动分析,最后可得到维数最低的运动学方程.基于虚功原理导出动力学响应方程通式,对广义速度与广义加速度特殊赋值后通过序单开链法可求出响应方程的各系数,从而确定动力学响应方程.该动力学响应方程的维数等于机械系统自由度,形式简洁,便于求解,平面三自由度并联机构的实例表明了该方法的有效性.

具有符号式正解的降耦冲压机构动力学建模与分析

提出并设计一种具有符号式正向运动学、含3个子运动链(SKC)的单输入两滑块输出平面冲压机构。运用拓扑结构降耦方法,优化设计一种零耦合度单输入两滑块输出平面冲压机构,对其进行拓扑结构分析,得到机构耦合度为零(κ=0),从而得到正向位置、速度及加速度的符号解;采用基于Newton-Euler原理的序单开链法,建立了该机构的逆向动力学模型,并求解出机构构件的动态支反力和驱动力矩;对比分析了该方法和Lagrange法在动力学建模精度方面的误差,结果表明,基于Newton-Euler原理的序单开链法具有较高的建模精度。本研究为基于Newton-Euler原理的序单开链法在含多个SKC机构上的推广应用,以及该平面冲压机构的机械结构强度设计与动力学性能优化提供了理论依据。

3-R‖R‖C三平移并联机构的位置求解及静力学特性分析

对新型三平移并联机器人机构,进行了运动学分析和静力学分析,包括:运用矢量法求解了该机构的位置反解解析解,分析了该机构输出与输入的运动解耦性;运用基于序单开链法的一维搜索法求解了该机构的位置正解数值解;进一步地,采用力雅可比矩阵的方法对该机构进行了静力学分析,得到了输入力矩与输出外力的关系;最后运用MAT-LAB软件进行了运动学、静力学特性仿真分析。为该机构的结构设计与分析提供了理论基础。

一种具有部分运动解耦和符号式位置正解的空间2T1R并联机构拓扑设计与动力学建模

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论及方法,设计了一种含一条冗余驱动支链(RRR)、零耦合度且部分运动解耦的全转动副组成的空间两平移一转动(2T1R)并联机构,并对该机构进行了拓扑结构分析;依据基于拓扑特征的运动学建模原理,给出了该机构的符号式位置正解;同时推导出了位置逆解,得到了动平台的雅可比矩阵,由此推导出了机构内各构件的速度、加速度;最后,将笔者团队提出的基于虚功原理的序单开链法用于该空间机构的逆向动力学建模与分析,求解了机构的驱动力矩和若干重要运动副的支反力,并通过ADAMS软件予以动力学仿真验证。研究结果为该机构用作管材弯曲加工所需的并联弯管机设计提供了技术依据。

1T1R并联机构拓扑设计及其运动学、动力学分析

为了研发和推广应用一平移一转动(1T1R)并联机构(PM),提出了一种新型1T1R并联机构,并对该并联机构进行了运动学和动力学性能分析。首先,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,设计出了一种具有符号式位置正解,且运动解耦的两自由度一平移一转动并联机构,并对该机构进行了拓扑分析,计算出了其方位特征(POC)、自由度、耦合度等拓扑特征;然后,根据基于拓扑特征的运动学建模方法,求解了机构的符号式位置正反解;基于雅可比矩阵分析了机构的奇异性,基于位置正解公式计算分析了机构的工作空间;最后,采用基于虚功原理的序单开链法,对该机构进行了动力学建模,求解了该机构的驱动力矩和两个SKC连接处运动副的支反力。研究结果表明:相比基于反解计算工作空间,基于位置正解计算工作空间的效率可提高30.7%;对该机构进行运动学和动力学研究,可以为其结构设计及样机研制奠定基础。

一种零耦合度及部分运动解耦的空间2T1R并联机构动力学建模

针对一种零耦合度的空间2T1R并联机构,求解各构件速度与驱动副速度之间的关系矩阵;运用基于虚功原理的序单开链法,建立了机构的动力学模型,求解了机构的驱动力及连接2个SKC连接处运动副的支反力,进行算例验证;并就动力学方法求解的实时性,通过对比选用两种不同广义坐标时动力学方程求解所用的时间,给出优选广义坐标的建议。研究结果为该机构的设计和动力学优化奠定了基础。

3-RRR并联机构SolidWorks和MATLAB运动学仿真分析

针对并联机构运动过程中普遍存在的耦合问题,以一种具有三自由度的3-RRR低耦合度平面并联机构为实例,利用有序单开链法原理对该机构的拓扑结构、耦合度以及位置进行分析,基于SolidWorks软件绘制该机构的3D动态模型,利用该动态模型直观、清晰地分析机构在不同运动状态下的奇异位形,并获得了运动奇异产生的几何条件。通过MATLAB对机构运动学进行仿真分析,获得该机构的速度、加速度曲线,对3-RRR并联机构运动学分析具有较好的辅助作用。