球面五杆机构的运动学与性能分析

基于球坐标对机构进行描述,将球面五杆机构的运动描述在由2转动自由度构成的二维平面上,导出具有2自由度特征的球面五杆机构的速度方程和雅可比矩阵的解析表达。以此为基础,研究球面五杆机构的奇异位形和灵活度,绘制机构的奇异轨迹曲线和灵活度分布曲线,并对球面五杆机构的结构参数对全条件指标的影响进行分析。研究表明,基于球坐标对机构进行描述,便于建立球面五杆机构的速度方程和雅可比矩阵,能够直观描述机构的奇异轨迹曲线和灵活度分布曲线。

非对称球面五杆机构的奇异轨迹与灵巧度分析

针时非对称球面五杆机构,研究了机构的奇异轨迹曲线和灵巧度。首先建立了球面五杆机构的运动学正、反解模型,并导出了机构的速度方程和雅可比矩阵。基于机构的雅可比矩阵,对机构的奇异位形和灵活度进行了计算分析,绘制了机构的奇异轨迹和灵巧度分布曲线,并讨论了球面五杆机构的结构参数对机构全条件指标的影响。

基于球面五杆机构的变胞并联机构构型综合

提出一类基于球面五杆机构的变胞并联机构。基于具有解耦特性的球面五杆机构,应用螺旋理论综合出一类具有变胞特性的可重构混联支链,该混联支链由一个球面五杆机构和一个四自由度串联支链混联而成,应用三条相同的所述可重构混联支链构型出一类变胞并联机构。不同于现有利用约束奇异和支链奇异综合可重构并联机构的方法,提出利用球面五杆机构的解耦特性和关节锁死的方法来实现并联机构的可重构,因此该类变胞并联机构可有效避免重构过程中的约束奇异以及支链奇异。该类变胞并联机构可在一个广泛的范围内变换其工作模式和自由度,且伺服电动机均可安装在机构的固定平台。提到的方法可应用于其他基于解耦闭链的变胞并联机构构型综合。

一种可重构四足移动机器人的几何约束及其抗倾覆能力

提出了一种在倾倒后具有自我恢复能力的四足并联移动机器人。该四足机器人的腿部结构由一种可重构空间六杆机构构成,该六杆机构由两个改进型球面五杆机构并联而成,具有两种不同的运动位形。其中,运动位形Ⅰ具有1R2T共3个自由度,满足四足机器人对腿部行走机构的自由度需求;运动位形Ⅱ具有2个自由度且工作空间很大,满足其翻身所需要的工作空间条件。运用螺旋理论对球面五杆机构和可重构六杆机构的两种运动位形进行了几何约束分析,这两种运动位形具有互锁性能。运用D-H法对可重构六杆机构进行了逆运动学分析并得到其工作空间,验证了四足机器人翻身的可实现性。分析了四足机器人在翻身时的步态,得出了其在倾倒后自我恢复时腿部电机转动角度与机器人机身重心的关系。在四足机器人的翻身过程中,其腿部的可重构六杆机构均处于运动位形Ⅱ。在Adams软件中验证了预设翻身步态的正确性与合理性。