具有变/定转轴的一类分岔2Rv广义并联机构构型综合

现有大部分2R并联机构靠近定平台的第1个转轴方向矢量不变,靠近动平台的第2个转轴方向矢量只随着第1个转轴而变化,第2转轴相对于动平台不变。本文利用有限旋量理论,在具有变/定转轴分岔1Rv(Rv表示变转轴转动)并联机构基础上,提出一类具有变/定轴线的2Rv并联机构。分析了机构装配条件和驱动配置。此种分岔2Rv并联机构包含4种运动模式,即定-定转轴运动模式、定-变转轴运动模式、变-定转轴运动模式和变-变转轴运动模式。将传统的2条定转轴2R并联机构拓展为具有变/定转轴(变转轴和定转轴)的分岔2Rv广义并联机构。

具有解析式位置正解的2T1R并联机构运动性能分析

求解具有解析式位置正解且部分运动解耦的并联机构,有利于后续的误差分析、动力学分析、运动轨迹规划与控制等。基于方位特征方程(POC)的并联机构设计理论与方法,设计了两种具有解析式位置正解且部分运动解耦的2T1R并联机构,并对这两种机构进行了方位特征、自由度及耦合度等主要拓扑性能分析;提出基于拓扑特征的运动学建模与求解方法,并据此求解了两种机构的解析式位置正解;基于导出的位置反解,分析了两种机构工作空间、奇异位形、动平台的速度与加速度变化规律。最后比较了两种机构的运动性能,选择了优选机型。为优选机型的动力学分析与样机研制提供了理论基础。

基于李群理论的2R1T并联机构构型综合

应用李群理论,对2R1T(两转动—移动)并联机构的型综合问题进行了系统地研究.通过分析满足2R1T自由度性质的动平台的李群代数结构,并依据李群代数结构与刚体运动的对应关系,确定出各支链的李群代数结构和它们的等效运动链,最终综合出4394种2R1T并联机构新构型,并绘制了支链机构简图和部分机构简图.研究结果表明,该方法简单、规范、有效,可作为构型评价及优化的基础,也适用于其他类型并联机构的型综合研究.

4个1R2T绳牵引并联机构的工作空间质量之比较

引入比例系数、质量系数和全局质量系数来衡量工作空间的大小和形状,针对 4 个1R2T机构,比较了动平台处于相同 2 个姿态时工作空间的大小和形状。结果表明:绳与滑轮(或动平台)的连接点重合时,通常会增大转动工作空间; 以转动工作空间的大小为准,发现了1R2T的完全约束定位机构中最好的构型;m=2n的冗余约束定位机构对大的转角提供一个大的平动工作空间。

平面2T1R并联机构无过约束构型设计

基于螺旋理论和集合论原理,根据动平台所受约束与支链约束之间的关系,分析平面2T1R并联机构无过约束构型条件,得到了6种3支链结构的约束配置方式。根据支链约束要求,采用转动副和移动副设计具体的支链结构,并按不同支链间约束配置方式确定各支链运动副轴线的几何布置,综合出了一类新的完全对称结构和非完全对称结构无过约束平面2T1R并联机构。

基于Pro/E的2-PRR并联机构运动仿真

首先对2-PRR并联机构进行了运动学分析,推导出机构的运动学正反解。在此基础上列举应用实例,并利用Pro/E软件建立了机构零部件的实体模型,再通过一定的约束条件对零部件模型进行装配,然后运用Pro/E的Mechanism模块对其进行运动仿真。最后介绍了仿真结果在机构惯性力分析中的应用及改善惯性力影响的措施,为并联机构的进一步设计、分析及制造奠定了基础。

基于Adams的3-(2SPS)并联机构的配重平衡分析

以3-(2SPS)并联机构为研究对象,针对机构动平台质量较大的情况,通过一个二级剪叉机构建立一种配重平衡装置。求出机构位置的正反解,在Adams仿真软件中用纯移动型的3-UPU并联机构等效代替,对配重后的机构进行运动学、动力学以及静力学仿真分析;并通过参数化分析,获得更佳的设计参数。仿真结果表明:优化后,有平衡结构的3个驱动杆的输出力远远小于平衡前的输出力。平衡效果非常明显,达到了平衡目的。

2-PRR并联机构刚柔动力学仿真分析

用三维软件对2-PRR并联机构进行了设计及建模,在ANSYS中对连杆构件用柔性化处理替换了原来的刚性体,通过计算分析了其动力学模态特性。在ADAMS中对2-PRR并联机构进行了运动学和动力学仿真,验证了该机构的正、逆解,并得到了驱动滑块上的驱动力矩变化特性曲线。研究结论为并联机构在雕铣机床和平面抓取机器人中的设计和选用提供了理论依据。所研究的2-PRR并联机构已经在平面雕铣、机器人平面抓取、农业采摘等装备上得到应用。并联机构的动力学分析(正、逆两类问题)是并联机构在机器人、机床动力分析、整机动态设计、动力学尺度综合、控制器参数整定和伺服电机选配的理论基础。

混联机床2自由度并联机构的设计分析

研究了一种平面2自由度并联机构,给出了该机构的运动学正逆解、速度雅可比矩阵、机构的奇异形位并对其工作空间关键点的灵巧性进行了计算分析。据此设计出了4自由度混联运动机床。该并联机构在农业机械、坐标测量和工业机器人等领域也有广阔的应用前途。

基于2-PRU/PUU并联机构的伴随运动与工作空间分析

针对一种新型2-PRU/PUU并联机构的伴随运动及工作空间进行了分析。根据螺旋理论对机构的自由度进行分析;通过修正的Grübler-Kutzbach公式判断了其结果的正确性;通过创建2-PRU/PUU并联机构的运动学数学模型,推导了伴随运动与动平台位姿之间的数学关系,在此基础上,利用三维空间坐标矢量法计算了该机构的位置反解;采用极限边界搜索法在Matlab软件中运算求解出工作空间,并利用Adams软件对2-PRU/PUU并联机构进行了动平台质心运动参数的仿真计算。研究为该机构的尺度综合、误差分析以及为今后实际工程应用提供了理论与数据支撑。

新型3T2R对称并联机构自由度分析与Adams仿真验证

提出了一种新型3T2R对称并联机构5-RRUR机构,该机构由5条相同支链组成,支链中含有3个杆件,4个运动副,其中包含3个R副和1个U副,排列形式为RRUR。运用螺旋理论对机构自由度数目和分布情况进行了理论分析;分析了机构的主动副选取方式;在Adams中建立了机构的虚拟样机,并对机构自由度和主动副选取方式进行了验证。理论分析结果和虚拟样机验证结果一致。

2-P_((4R))RR并联机构的工作空间分析与机构参数设计

并联机构在高承载能力、高刚度和高精度等应用场合得到广泛应用.提出一种三自由度2-P4R RR平面冗余驱动并联机构,建立机构的位置方程和速度方程,并利用位置方程绘制机构的工作空间,讨论机构参数的变化对工作空间形状的影响.利用空间模型理论,将机构参数无量纲化,得到机构参数的设计空间,在设计空间内讨论了无量纲化机构参数的变化对工作空间的影响,为2-P4R RR并联机构基于工作空间的机构参数设计提供有效途径.

基于螺旋理论的2自由度并联机构分析

提出一种的两自由度并联机构,能实现俯仰和横滚运动。运用螺旋理论描述单个分支约束及所有分支约束的合成,并从几何上直接分析约束的线性相关性,判别出机构自由度的性质,同时给出公共约束,冗余约束存在的几何条件和相应的判别计算公式,在此基础上得到2自由度并联机构自由度计算的修正Grübler-Kutzbach计算公式。

基于螺旋理论的2-P_(4R)RR并联机构奇异性分析

并联机构在高承载能力、高刚度和高精度等应用场合得到广泛应用.但并联机构工作空间较小、回转能力相对不足,其应用受到限制.本文提出一种三自由度2-P(4R)RR平面并联机构,其运动平台能够在360°范围内连续回转.基于螺旋理论,通过分析机构的运动螺旋和约束反螺旋确定机构自由度的类型,根据回转空间内奇异形成的原因,得出机构动平台在360°的回转空间范围内发生运动奇异和约束奇异的条件;通过分析机构在发生奇异位形时机构动平台的运动类型,讨论动平台奇异姿态对连续回转的影响以及能否跨越,研究机构各类奇异消除的必要性;分析增加冗余驱动后机构约束螺旋的变化,从而消除约束奇异,保证机构连续回转的可控性.

2-PRR并联机构的静刚度试验研究

在不考虑驱动电机刚度的条件下,分别在2-PRR并联机构的连杆平面内的3个典型位置沿X和Z向分步加载,测量得到了在相应方向上的位移值,给出不同位置和方向上的刚度曲线,并将所测的位移值与边界元法计算的位移解析值进行了比较。结果表明:在同一个测量点,Z向刚度明显比X向刚度大,在不同的测量点,其特定方向的刚度虽有变化,但刚度变化在同一数量级;实际测试的相对刚度值与边界元计算的理论刚度值的变化趋势一致。

2-RPU/SPR并联机构的多目标6Sigma稳健性优化

将Isight软件的NSGA-Ⅱ方法应用于2-RPU/SPR并联机构的6Sigma稳健性优化。方法建立2-RPU/SPR并联机构的工作空间、运动学灵巧度、刚度、最大和最小承载能力五个性能指标,设置约束条件,运用Matlab软件编程,并用Isight软件进行集成,进行确定性优化,得到优化解,在有噪声干扰的前提下,运用Isight对优化解进行6Sigma稳健性分析,进而运用NSGA-Ⅱ方法对这五个目标函数进行6Sigma稳健性优化。结果优化结果前后优劣对比,获得6Sigma稳健性优化后的良好结果。结论根据优化结果,并结合实际工况可选择最优设计参数,提高机构抗噪声干扰的能力,为高精密领域的包装机械提供一种高效直观的优化设计方法。

基于拓扑优化的平面2-DOF柔顺并联机构构型设计

目的运用拓扑优化技术设计一种平面2-DOF(Degrees-of-Freedom)柔顺并联机构,使其具有微米级别的微运动特性。方法依据平面2-DOF并联原型机构的受力情况进行运动特性分析,基于同构封闭矢量映射原理构建平面2-DOF柔顺并联机构的微分运动Jacobian矩阵,表达多自由度的柔顺并联机构从输入到输出间各关节的运动关系。定义柔度为优化目标函数,微分运动Jacobian矩阵为运动条件,材料体积分数为约束条件,构建平面2-DOF柔顺并联机构材料属性的有理近似模型,并运用移动渐进线法优化求解。结果优化后的平面2-DOF柔顺并联机构构型在x方向的位移为-0.0089mm,在y方向的位移为0.0053 mm,同时,其沿x方向和y方向的微位移理论值为-0.0031 mm和0.0067 mm。结论与并联原型机构的运动特性相比,平面2-DOF柔顺并联机构优化后的微运动特性具有一致性,均为微米级。

2-TPR/2-TPS并联机构的精密运动控制

在传统PID控制下,电机驱动的2-TPR/2-TPS并联机构因负载变化会引起末端轨迹跟踪精度较低。因此,文章提出了伺服电机速度环模糊PID控制和位置环P控制结合的双闭环控制方法。针对变负载系统的切换PID控制器和增量式自适应模糊PID控制器,搭建了基于SIMSCAPE的Electronics-Multibody联合仿真控制系统,并对3种控制策略下的动平台末端轨迹和驱动支链位移误差进行了对比分析。仿真结果表明,针对2-TPR/2-TPS并联机构的变负载特性,变PID控制策略下的动平台轨迹跟踪精度更高;相对于分段PID控制,自适应模糊PID控制具有更优的动态性能和更高的末端轨迹跟踪精度。

2UPR-RRU并联机构及其运动学分析

针对航天制造中轻金属材料搅拌摩擦焊的焊接需求,提出一种以2UPRRRU构型的1T2R三自由度并联机构为主要执行机构的焊接装备。基于螺旋理论分析了该构型在一般位型和特殊位型下的约束螺旋系和自由度性质,指出该构型是具有两转一移的全周自由度机构。建立2UPR-RRU并联机构运动学模型,利用闭环矢量法建立动平台位姿与各驱动支链的关系,推导其运动学的正反解;在正解过程中构造优化目标函数,采用粒子群优化(PSO)算法分析了位姿输出与驱动关节输入的关系,得到了驱动输入的精确解。基于输入/输出速度雅可比矩阵分析了机构的奇异性问题,指出该构型避免存在驱动奇异的条件,研究表明该机构具有较好的运动学特性和驱动特性,具备良好的应用潜力。

基于2-PSR/UPU并联机构的旋盖装置设计及性能分析

目的针对生产线上的旋盖工序,提出一种基于2-PSR/UPU并联机构的旋盖装置,解决生产线上不同倾角斜面上的旋盖问题。方法建立2-PSR/UPU并联机构模型;根据定杆长约束条件求解机构的位置反解,并通过相应的运动算例验证其反解位姿,通过对多个反解位姿进行对比,从中得出有效解;利用三维坐标搜索法求解工作空间。结果该并联机构动平台下方10 mm参考点工作空间连续且没有出现空洞,能适应0~35°范围斜面上的旋盖问题,给出了该并联机构在25°,30°,35°斜面情况下旋盖的实例。结论基于2-PSR/UPU并联机构的旋盖装置结构简单,机构具有可调性,可以在生产线上实现精准控制。该并联机构一移两转的特性能适应不同倾斜角斜面的旋盖任务。