闭环机构关联杆组与冗余约束的关系

含冗余约束的闭环机构型综合一直是机构学中的有意义和重要的课题。本文研究了闭环机构中关联杆组、冗余约束、自由度和被动自由度之间的关系。用串联连接的单自由度基本连杆构成含多自由度的运动副;推导出计算关联杆组自由度、基本运动副数、关联杆组中有效基本连杆数公式。在此基础上用决策树逻辑法确定了闭环机构冗余约束与基本连杆的关系,为含冗余约束和被动自由度的闭环机构型综合提供理论依据。

一种新型铰接空间连杆有限元单元及其在空间闭环机构中的应用

有限元法已广泛应用于结构的应变,应力及动力学分析,而利用有限元进行刚体机构的运动分析的研究较少。基于最小势能原理,推导出一种新型两端铰接间有限元连杆单元的梯度矢量、刚度矩阵和Hessian矩阵。并对关节轴线平行和共面这两种特殊几何关系下的单元模型进行研究,给出计算公式和方法。在大型可展机构中,大量存在着结构相同的重复机构和闭环运动链。而基于有限元的运动学方法可以在不进行运动链分解的前提下,实现空间闭环机构的运动学分析。利用该方法对三种典型的空间闭环机构进行运动学仿真。其计算结果表明,应用该单元对空间闭环机构进行运动学分析,建模简单,计算正确,在大型可展机构中有很好的应用前景。

基于变分原理的闭环机构奇异位形分类与判定

提出利用变分的方法对闭环机构的奇异位形进行分类与判定,并揭示相应奇异位形的不同物理意义。变分方法适用于一般闭环机构的奇异位形分析。

基于螺旋理论的单闭环多自由度过约束机构综合

以螺旋理论为基础,分析构成单闭环过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系,给出针对单闭环过约束机构的自由度计算公式。按照约束螺旋的性质将过约束螺旋分为具有不同阶数的力约束和力偶约束两类,总结所有可能形式的独立过约束性质和数目及其组合。在给出特定过约束组合的条件下,应用虚功原理,以反螺旋理论为计算手段,得到多自由度单闭环机构的综合条件。应用解析的方法,得到满足机构为非瞬时运动的条件,给出机构的运动副轴线布置、运动副数目、运动副排列和空间几何条件。全面系统地解决了单闭环多自由度过约束机构的构型综合问题,群举所有可能的单闭环过约束并联机构。给出机构综合步骤以及部分典型机构的设计范例。

单闭环一自由度过约束机构解析综合

应用空间机构自由度计算公式和螺旋理论,分析了单闭环一自由度过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系。应用虚功原理,以解析的方法,给出了独立过约束数分别为1、2、3时的力约束和力偶约束,以及力和力偶任意组合条件下的运动副综合过程。分析了在特定过约束组合下,机构满足非瞬时运动的条件,给出了组成机构的运动副数目、运动副排列方式和运动副轴线布置的空间装配条件,并给出了典型机构的设计范例。

空间多闭环机构自由度计算的新概念和新理论

2005年法国学者Gogu分析了现有的35种不同形式的自由度公式,指出其中的快速计算的公式有一定的局限性、不通用.因此,寻找更通用、更简单快捷的自由度公式,仍是国际上机构学的热点,也是完善机构学结构理论的一个重要课题.Gogu在2008年提出了一种可以避开虚约束的新的算法,但其通用性仍依然有限.为了解决这一问题,本文提出杆组自身的阶、广义运动副的阶、虚拟运动副、虚拟环路和虚拟环路阶的新概念,给出了一种新的结构简单的通用公式.这种方法是把多环路的自由度计算转换成若干个独立的虚拟环路单独计算,使问题得到了简化,避免了计算虚约束,大大的降低了计算的难度.通过多种不同类型机构的计算分析,证明了新公式的简单性、通用性、有效性和实用性.它的应用,将为广大的工程技术人员掌握空间机构自由度的计算方法,提供极大的方便.

基于闭环五连杆的电厂巡检机器人腿部结构设计

为优化电厂巡检,提出了使用电厂巡检机器人进行巡检工作;对于电厂复杂环境的巡检,需要巡检机器人能够完成跨越障碍、降低自身高度等动作,经过多方对比,设计了一种具有两个自由度的闭环五连杆轮腿式机构作为巡检机器人的腿部机构,基于整体比例给出了各杆件的尺寸,通过SolidWorks软件对足端进行了运动曲线模拟,经校核足端曲线能够满足机器人跨越的要求。此外对轮腿结构轮子的安放位置进行了分析,选定了轮腿结构的形式并对整体结构在SolidWorks软件中进行建模,得到整体结构的三维图及二维图,并对轮腿机构的变形过程进行了说明。

弹性铰平面闭环六杆机构刚度特性研究

为研究弹性铰平面闭环六杆机构的刚度特性,运用影响系数法求解了闭环机构的Jocabian矩阵和Hessian矩阵,借助虚功原理同时考虑主动、被动铰链弹性变形,建立了机构约束方程,推导出机构的刚度矩阵。结合刚度矩阵的瑞利商定义了刚度判定指标K,绘制出刚度性能空间图,进一步研究了操作端方向的刚度特性。

全闭环进给机构中光栅尺全行程热误差定量分析

分析了光栅尺热行为特性影响高精度全闭环进给机构全行程热变形误差产生的原因,以自构建的全闭环反馈的驱动进给机构为实验平台,应用ANSYS为仿真工具,建立了基于光栅尺反馈的不同关键点位置上的进给机构有限元温度场分析模型,以与温升实验数据的对比偏差最小为目标,对不同关键点位置处的有限元模型边界条件进行了修正,以此温度场有限元模型为基础,对不同关键点位置的光栅尺热误差进行了计算,再以径向基函数为基本热变形回归分析模型,对进给机构的光栅热误差进行了定量分析。在所建立实验研究平台上,进行了实验测试验证,结果表明:当进给机构最高温升40℃时,在344 mm全行程内,光栅尺热误差定量分析偏差为2.5μm。

闭环联动机构的创新设计及应用

闭环联动机构(Looped-Synchronous Mechanism,LSM)是一种特殊的单自由度闭式传动机构,具有许多相似的单元,可以产生给定传动比规律的输出。LSM构件和运动副需要满足特定的约束,其构型综合与尺度设计需要相应的方法。首先,提出基于空间Assur杆组的构型方法,基于自由度计算找出空间杆组运动副的所有组合形式,并选取两个可行的组合作为LSM基本单元,与原动机和机架连接。其次,分析出机构实现首尾闭环与联动时各级空间杆组传动比(时间相关)需要满足的约束条件,推导出空间杆组传动比与机构参数关系。然后,针对传动比无法严格满足的情况,建立闭环联动机构参数优化方法,近似实现给定的传动比规律。最后,给定11种传动比和4种结构形式进行数值和运动仿真,验证了方法的有效性。

二自由度闭环触觉再现机构的反向驱动性能

触觉再现装置的反向驱动性能是衡量触觉再现装置设计成败的重要指标,也是触觉再现装置设计的主要依据.对二自由度触觉再现机构进行设计,得到了二自由度触觉再现机构的物理样机;以二自由度触觉再现机构为对象,用拉格朗日法对其进行动力学分析,在此基础上给出了评价机构反向驱动性能的衡量指标———广义惯性椭球(GIE),并用图形直观地描述了机构的反向驱动性能;通过改变部分构件的材料改善了触觉再现机构的反向驱动性能,以便在设计中选择性能合适的二自由度触觉再现机构.

用对偶矢量计算开环机构末杆自由度的应用及算例

论述了用对偶矢量计算开环机构末杆自由度在机构自由度计算中的应用，并给出以这种方法计算各种不同类型闭环机构自由度的算例．

新型4自由度并联机器人位姿误差分析

将一种新型四自由度并联机器人等效为由串联机构构成的空间闭环机构 ,运用 Denavit- Hartenberg方法提出了运动平台位姿误差的一种分析算法。利用这个算法可以分析各种构件加工、安装误差对运动平台位姿精度的影响。进行了数值仿真验证了算法的正确性。最后分析出对位姿精度影响较大的因素 。

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。

基于旋量理论的三顶点刚性折纸可折叠性分析

多顶点刚性折纸机构是可实现折叠和展开运动的一种空间机构,三顶点刚性折纸机构为多顶点中的一种形式,针对三顶点刚性折纸机构可折叠性问题,提出了运动学中基于旋量理论分析此类型机构可折叠性的方法;将三顶点刚性折纸机构运动学等效为双支链闭环的6R机构,建立该闭环机构的速度方程,对运动副的运动旋量之间的线性相关性进行判断,确定运动等效机构的可动性;基于Grassmann线几何原理,确定不同类型刚性折纸机构的维数,验证该类型刚性折纸机构运动旋量的线性关系;三顶点刚性折纸机构运动学等效与分析机构运动旋量线性相关性的综合方法,能够实现从运动学分析角度判断三顶点刚性折纸机构的可折叠性,并可拓展到其他多顶点刚性折纸机构的研究。