5自由度大工作空间/支链行程比混联机械手的概念设计与尺度综合

研究一类新型5自由度可重构混联机械手的创新设计和尺度综合问题,该机械手模块由一2自由度球面并联机构和一条通过滑移副与之串接的两转动一移动串联运动链组成。该混联机械手由于将定点转动与相对滑移运动解耦,因此具有工作空间/支链行程比大的特点,适合高速轻载作业,可作为即插即用模块用于搭建不同类型的加工制造装备。在建立2自由度球面并联机构的速度映射模型的基础上,分析该机构的奇异性和各向同性问题,并以速度雅可比矩阵最小奇异值的全域均值为操作性能指标,研究2自由度球面并联机构的尺度综合问题。通过单调性分析揭示出尺度参数对该指标的影响规律,进而将尺度综合问题简化为求解杆长等式约束问题。最后给出一组算例,使该尺度综合方法的有效性得到验证。

一种新型五自由度混联机械手的概念设计及尺度综合

研究了一种新型的五自由度混联机械手,该机械手由一个三自由度并联机构和一个二自由度旋转头串接而成。在建立三自由度并联机构全雅可比矩阵的基础上,考察机构外力、外力矩对支链驱动力及约束力的映射关系,提出在给定载荷下,支链驱动力及约束力全域最大值均值最小的机构传动性能评价指标。给定机构期望工作空间,并以全局条件数、速度、精度为机构的操作性能指标,研究三自由度并联机构的尺度综合问题。通过单调性分析得到机构尺度参数对上述各指标的影响规律图谱,获得其优化设计区域,根据实际设计要求确定了参数变量。最后给出一组算例,验证了该尺度综合方法的有效性。

3自由度冗余驱动下肢康复并联机构的运动学优化设计

研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构的概念设计和运动学优化.首先对该3自由度并联机构进行了简要介绍,然后推导了其运动学正逆解的解析解.基于螺旋理论,对该机构进行了广义雅可比分析,通过对4种非冗余驱动情形的力/运动传递性能分析,提出了一种用于评价该并联机构运动学性能的局部传递率指标.最后,借助于遗传算法,通过最大化局部传递率指标的全域平均值对该机构的设计变量进行了优化.运动学优化的结果表明,本文所提出的并联机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能.

一类1T2R并联机构拓扑结构综合及优选

研究了一类1T2R并联机构拓扑结构综合和优选。应用平面机构的组成原理和约束特性,将1T2R并联机构拓扑结构视为由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成。统筹考虑机构位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、机器人模块可重构性、位置逆解简易性和动平台结构紧凑性等准则,完成1T2R并联机构拓扑结构优选及性能验证。在此基础上,提出一种可继承Tricept机器人优点的新型五自由度混联机器人模块,该模块具有与Tricept机器人完全相同的运动学性能,且绝大部分部件可与Tricept机器人互换。