Determination of the workspace of a new coordinate-measuring machine using parallel-link mechanism

Presents the detailed algorithm established for determination of workspace for a 3-DOF coordinate measuring machine using parallel link mechanism by constructing the inverse kinematic model first and then reviewing the physical and kinematical constraints from the structural characteristics of the parallel link mechanism, and discusses the actual geometries of workspace and the factors having effect on workspace through computer simulation thereby providing necessary theoretical basis for the research and development of coordinate measuring machines using parallel link mechanism.

2转动高精度重载并联机构构型综合

采用一种基于支链分析法的并联机构构型综合方法,综合出了具有解耦特性的2转动并联机构。首先,对2转动并联机构的结构特点进行分析,得到2转动并联机构的最简结构形式,并基于空间无约束的Kutzbach-Grübler公式对各支链的自由度组合方式进行分类,得到所有支链组合形式。其次,提出了一种并联机构初步筛选原则,并考虑球副、万向副的加工难度和成本对并联机构进行优选。最后,由于优选出的2转动并联机构存在局部自由度,对具有局部自由度的并联机构支链进行降自由度处理,得到6种解耦性好、承载能力高、精度高、结构简单的2转动并联机构。采用螺旋理论对U-RPU-UPS并联机构进行自由度分析,建立了逆运动学模型,并进行了验证。结果表明,所构建的并联机构可以实现2转动自由度的运动,并且具有很好的运动解耦特性。所综合出的2转动并联机构弥补了现有机构的不足,可作为光伏跟踪尤其是聚光光伏跟踪机构。

3-UPS/UR并联机构运动学分析

针对传统带有球副恰约束并联机构工作空间较小的问题,提出一种3-UPS/UR并联机构构型。通过螺旋理论对该机构自由度进行计算并分析。建立此并联机构的杆长约束方程,通过Matlab求解并联机构位姿反解;通过遗传算法,求解并联机构位姿正解。采用影响系数法,对驱动机构部分进行运动分析。通过搜索法对3-UPS/UR并联机构工作空间求解及对比分析。通过Adams仿真,得到平台位姿及速度参数,对比理论数值计算结果与仿真结果,验证并联机构约束方程正确性,并为机构的控制提供理论依据。

基于3-(RRR)E(RR)S并联机构的多运动模式分析

目的 多模式机器人具有智能型可重构和变结构特性的能力,能够主动或被动适应多变的环境,设计一种能够在包装工程领域应用的多运动模式并联机构。方法 从螺旋理论出发,通过研究线矢量与偶量在不同几何空间中的相关性,得出在一定条件下约束力可以转化为法向约束力偶,为并联机构实现多模式运动提供了理论支撑。结果 通过3-(RRR)E(RR)S并联机构变形,得出该机构的具有3R、2T1R和2R1T等3种运动模式,在各种运动模式下的自由度均为3,具有全周性。结论 基于3-(RRR)E(RR)S并联机构,通过变化支链约束力线矢空间位置关系来改变机构的约束条件,使该并联机构能够实现3R、2T1R和2R1T多模式运动,满足物流分拣、抓放定位、产品空间姿态调整等需求。

基于螺旋理论对水稻插秧机2UPR/SPS并联机构的自由度分析

【目的】针对水稻插秧机的作业效率,课题组提出一种并联机构来提高水稻插秧机的作业稳定性和可重复性。【方法】建立2UPR/SPS并联机构,通过螺旋理论对该机构的每条支链的自由度类型进行了分析,由于动平台两个R副和一个S副的布置,对每条支链建立了坐标系,建立了每个支链的运动螺旋系,根据互易原理,分析了每个支链的约束螺旋系。根据每条支链的约束螺旋系,列出并联机构的约束螺旋系,再进行互易,最终得到动平台的运动螺旋系。【结果】该并联机构具有两个自由度,可实现动平台在z轴方向的移动,在移动的过程中可实现绕着z轴旋转,符合水稻插秧的动作要求。【结论】由于该并联机构具有良好的稳定性和可重复性,将其应用于水稻插秧机,将有利于提高水稻插秧机的作业效率和稳定性,而且对此并联机构的分析为今后水稻插秧机结构的研究奠定了一定的基础。

新型3-P_CR_NS球面3自由度并联机构

提出一种新型3-PcR_NS球面3自由度并联机构,其分支运动链由一个带环形导轨的移动副P_C,一个转动副R_N(下标N表示三个分支中转动副的轴线都交于一点)和一个球铰S构成。运用约束螺旋理论,对该机构的自由度、奇异位形和输入选取进行分析。在一般非奇异位形下,该机构中三个P_CR_NS分支运动链对动平台施加三个汇交于机构中心点的约束力,约束机构动平台的3移动自由度,机构具有3转动自由度；在奇异位形下,三个P_CR_NS分支对动平台施加六个线性相关的约束力,其最大线性无关数为五,机构具有一个绕z轴的瞬时转动自由度。可选用带环形导轨的移动副P_C作为主动副,此外该机构动平台绕z轴的转动自由度和其他转动自由度解耦。

6-PUS/UPU并联机器人运动学及工作空间分析

提出和研究了一种新型6-PUS/UPU并联机器人,该机器人结构对称,刚度大,可用于视觉测量、力控制研究、冗余控制研究。首先利用螺旋理论对6-PUS/UPU并联机器人进行了自由度分析,然后根据该机构的几何特点和D-H法对该并联机器人进行了运动学分析,得出了6-PUS/UPU并联机器人的运动学反解,并在此基础上对该并联机器人的工作空间进行了分析。该研究结果对此种机器人的深入研究及该并联机器人的实际应用具有重要理论意义。

新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构

提出一种新型2-TPR/2-TPS空间4自由度并联机构。机构的运动平台通过两个相邻的TPR分支运动链和两个相邻的TPS分支运动链与固定平台相联接。每个TPR分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个转动副R组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过转动副R与运动平台相联;每个TPS分支由一个胡克铰T、一个移动副P和一个球面副S组成,一端通过胡克铰T与固定平台相联,另一端通过球面副S与运动平台相联。运用约束螺旋理论,对机构的运动性质和奇异位形进行分析。机构运动平台具有沿两个TPR分支所在平面的二维移动自由度,和以两个TPR分支胡克铰二级转动副轴线所在平面内的任何直线作为转轴的二维转动自由度。选取4个分支运动链的移动副作为驱动副,发现了机构可能出现的四种奇异位形。

空间4-SPS/CU并联机构的受力分析

运用螺旋理论分析了一种具有三维转动和一维移动(沿Z轴)的四自由度(4-SPS/CU)并联机构的自由度,得出该机构为无过约束机构。采用传统的拆杆法对该机构的每个活动构件进行了静力学分析,得出了该机构的静力学平衡方程组,判定该机构的静力学平衡方程组中方程个数大于未知量个数(属超定方程组)。多余的方程个数就是该机构的局部自由度,并采取去掉局部自由度对应的静力学平衡方程来求解该超定方程组。通过求解该方程组,得出了该机构每个构件上的全部约束力/力矩,并分别得出了驱动力与主运动副以及恰约束从动支链的约束反力随该机构位姿变化的仿真曲线。证实了该机构比无恰约束从动支链的四自由度并联机构拥有更好的承载能力。研究结果可为该机构在工程中的应用与结构设计提供静力学理论分析的参考。

2-RPU/UPR并联机构自由度和位置分析

2-RPU/UPR是一种具有两转一移(2R1T)的并联机构,首先对该机构的组成进行了介绍,然后基于螺旋理论建立2-RPU/UPR并联机构的初始位形,并对其自由度进行了分析;根据动平台绕两条连续转动轴线转动的角度,采用旋转变换公式得到了动平台的位姿,由机构支链的约束条件,求解得出了并联机构的位置反解;又由空间的坐标向量关系及性质系再次推导出了该并联机构的位置反解。该机构结构简单、关节数目少的特点,易于标定和控制,故具较好的应用前景。

非对称三平移并联机构的运动条件设计

在分析三平移并联机构结构组成、运动输出特点的基础上,用螺旋理论的方法研究了并联机构实现三平移的必要和充分条件,根据实现三平移的运动条件及机构支路的结构特点,设计了一种新型非对称的三平移并联机构。该机构具有良好的运动解耦性、易控制、加工简单等特点,该研究亦为三平移并联机构的分析与综合打下了基础。

基于螺旋理论三自由度并联机器人型综合新方法

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节,基于螺旋理论,从并联机构运动链分类的角度,提出用约束添加法对三自由度并联机构进行型综合,让主动链控制所需的自由度,而从动链约束不需要的自由度;提出了相应主动链和从动链各种类型,并对约束链作了较详细的分类,通过不同组合可得到不同性能的新构型.最后通过实例进一步阐明这一方法.该方法使型综合步骤更简洁,只要选择与自由度数相同个数的主动链,并合理选择约束链就可以组合出新的并联机器人.

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。

初论现代数学在机构学研究中的作用与影响

自机构学成为一门独立的学科以来,数学一直在机构学研究中发挥着重要作用。特别是当机构学发展到现代机构学阶段,对装备的自主创新设计要求越来越高,数学的作用也变得越来越突出。以当前机构学应用领域最为活跃的数学工具——旋量理论和微分流形为例,阐述现代数学在机构学研究中所起的作用。结合中国机构学的研究进展及标志性成果,简述现代数学对中国机构学发展的积极影响。展望数学在未来机构学研究中的重要地位与潜在影响。

基于螺旋理论对少自由度并联机器人约束链的研究

螺旋理论是分析少自由度机构运动学的有力工具。本文基于螺旋理论对少自由度并联机器人的机构构型中的约束问题作了分析,并对约束链的自由度作了计算,为并联机构的特殊型位分析、运动分析、受力分析提供了有力证据,并进一步丰富了螺旋理论的应用。

消极运动副的产生原因及判定方法

消极运动副存在的根本原因是它的运动螺旋与并联机构中其他运动副的运动螺旋线性无关。通过几个实例对此原因进行了比较深入的剖析,在此基础上,提出了一种基于旋量理论的消极运动副的判定方法,该方法无需计算运动螺旋的具体数值。

基于螺旋理论的空间机构自由度分析方法

将螺旋理论应用于空间机构的自由度分析中,采用螺旋理论中的运动螺旋和力螺旋分别来表示空间机构的自由度和约束,并利用螺旋理论中的互逆原理,对空间机构进行约束和自由度分析,总结出求解空间机构的自由度和过约束的方法,举出算例。研究从自由度和约束的基本概念入手,从而保证了方法的准确性和通用性。

Bennett机构自由度的螺旋分析

用螺旋理论对Bennett机构的自由度进行了研究,揭示其具有的线性属性。最后用此方法对Bennett机 构的几何条件进行分析。

一种可重构空间四杆机构

提出一种可重构空间四杆机构,其具有两种不同的工作模式,模式Ⅰ为一个转动运动,模式Ⅱ为一个平移平动,两种运动模式进行切换的初始位形具有瞬时的一个转动和一个平动.将可重构空间四杆机构与一个具有两移动和两转动的串联支链相连,构成一种具有两种不同工作模式的可重构混联支链.利用3条可重构混联支链连接并联机构的固定平台和运动平台,可得到一种新型可重构并联机构,通过控制3条可重构混联支链分别在两种不同工作模式间切换,可重构并联机构可实现4种不同的三自由度运动模式.利用螺旋理论分析和证明了上述结论.

过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构设计与分析

基于过约束剪铰式机构单元,构造了一种过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构,分析了双层周边桁架机构的构型机理及过约束特征,对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个闭环可展开机构单元;考虑节点连接件的尺寸,推导出了过约束剪铰式双层周边桁架机构的组合条件,基于反螺旋理论分析了闭环可展开机构单元的自由度及运动形式,结果得到了其只有一个收展运动自由度,进而分析得到了整体双层周边桁架可展天线机构整体亦只有一个自由度,最后建立了过约束剪铰式双层周边桁架可展机构的仿真模型,模拟了整个机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。本文提出的过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构具有单自由度以及高刚度的特点,在深空探测领域具有较好的应用前景。