无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.

低耦合度2PaUU-PPaP并联机构的运动学分析与多目标优化

目的针对三平移并联机构结构复杂、耦合度高而引起的运动学分析、动力学分析、误差分析等十分烦琐的问题,提出一种低耦合度三平移空间并联机构。方法分析得到机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑参数,建立运动学位置方程推导正、逆解的解析式并对其进行算例验证。根据计算雅可比矩阵推导出位置正解奇异、位置逆解奇异存在条件。进一步研究机构的操作空间,并得到操作空间三维形状图。此外,建立以运动灵巧度与操作空间体积为目标的数学模型,给定目标函数表达式,选择NSGA–Ⅱ算法完成具有Pareto解的多目标参数优化。结果分析表明,搜索得到工作空间外部边界光滑,呈半球形状结构,内部不连续分布的特点。结论在较为均衡平缓的区域选择参数的设计,能够同时兼顾体积和全局灵巧度的较佳值,以期为该类型机构在分拣、包装等应用领域提供参考。

基于双平行四边形结构RCM机构的设计与实验研究

为了研发应用于微创穿刺手术的1R1T远程运动中心(RCM)机构,设计了一种基于移动副驱动双平行四边形结构的1R1T新型远程运动中心机构,对该机构进行了运动学分析,并搭建了样机,进行了实验研究。首先,基于修正的Kutzbach-Grübler公式计算了该机构的自由度,并分析了其1R1T(R:转动;T:移动)输出运动特性;根据该机构的结构特性,建立了其位置分析模型,并得到了其位置正反解;推导了机构的雅可比矩阵,并分析了机构的奇异性;利用数值搜索法确定了机构的可达工作空间;然后,分别采用传动角度指标和灵巧度指标,对目标工作空间内的性能进行了评价,并据此对机构进行了尺度优化设计,得到了性能更优的尺度参数;最后,搭建了一台样机,开展了初步实验,并进行了实验结果分析。研究结果表明:样机完成的20种不同的运动姿态显示出了机构满足微创手术(MIS)所需的自由度要求,同时其位置误差平均值为0.32 mm,最大值为1.54 mm,均在1 mm~2 mm范围以内,表明其运动精度也较为可靠;因此,其在微创穿刺手术领域有良好的应用前景。

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。

一类特殊的Stewart机构的位置正解

讨论了一种上、下平台相似且对应顶点相联的 Stewart 机构.给出了这种形式的Stewart 机构的正位移分析的封闭解,并且发现,当上平台的6个顶点在同一二次曲线上时,机构变为几何异形机构,此时不论机构处于何种位置都是奇异的.用数值实例验证了这个结果.