基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度(2R1T)并联机构(PMs)2RPU-UPR-RPR和2UPRRPU-RPR,然后提出了极限约束力螺旋系的概念,分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系,对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构,建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型,并将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析,建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式,并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副,且所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。

TriMule与Tricept机器人刚度解析与比对

为分析比对TriMule机器人与Tricept机器人中两种1T2R并联机构的刚度性能,基于旋量理论,通过力/变形雅可比将支链层面的界面刚度矩阵映射为机构末端笛卡尔刚度矩阵,构造出二者的刚度半解析模型。在此基础上,结合两种1T2R并联机构为球坐标机构的构型特点,推导出二者在给定参考位形下切向线柔度特性各向同性条件的显式表达,并提出评价两种机构切向、法向柔度特性的局部与全域刚度性能评价指标。利用该模型,揭示出两种机构中主动与从动支链的夹角对局部和全域刚度性能的影响规律。研究结果表明,对于一组相同的尺度、结构和任务空间参数,两种机构的刚度性能相当,且其局部与全域刚度性能均是强线性相关的,进而可用前者准确地表征后者。

一种三自由度并联解耦机构的型综合

基于李群分析了2T1R并联机构动平台运动的几何条件,得到满足动平台运动要求的李群结构。通过线性组合得到多种满足光滑位移子流形的支链构型。建立了并联解耦机构的设计准则。以此为据,得到了2T1R并联解耦机构的KP(kinematic pair)旋量系。从满足三维及四维光滑位移子流形的支链构型中确定出满足解耦条件的支链集。综合出9种基于基本副的2T1R并联解耦机构,绘制了构型简图。应用旋量理论对机构的输出特性进行了验证。研究表明:以李群作为型综合的基础,采用旋量理论进行解耦优化,对于并联解耦机构的型综合具有普适性。

基于空间几何的无伴随运动并联机构分析与综合

一移动两转动(1T2R)三自由度并联机构普遍存在的伴随运动对机构的运动精度及性能有不利影响,为得到一系列1T2R无伴随运动的并联机构,利用空间几何理论及螺旋理论对无伴随运动并联机构进行分析与综合。基于空间几何理论分析了无伴随运动并联机构的转轴条件,结合螺旋理论分析了该类机构动平台平面与约束螺旋的空间位置关系,将至少拥有1T2R自由度的支链分成4类,分析[R]-型支链在不同支链布局下的约束螺旋位置及转轴位置对伴随运动的影响,从而给出了1T2R无伴随运动并联机构的构型准则及结构条件,并通过构型综合得到了105种无伴随运动并联机构。对一种新型2RPU-RPRU无伴随运动并联机构进行了运动学分析,验证了该方法的正确性。