五自由度混联机器人优化设计与运动学分析

为提高农业自动化程度,拓宽并联机构在农业工程领域的应用,提出一种存在连续转轴、关节数目少、易于控制的两移一转运动冗余平面并联机构,该并联机构任意位置的转轴均为相互平行的连续转轴,使其具备良好的灵活性。基于此平面并联机构,构造出了多种五自由度混联机器人,首先建立了五自由度混联机器人的运动学模型,并对其进行了奇异分析,给出了减少机构奇异位型的条件;然后基于灵活性指标,对并联机构进行了尺寸优化,绘制了用于选取结构尺寸的性能图谱,且借助有限元软件对基于优化所得结构尺寸绘制的具有运动冗余特性的平面机构进行了结构拓扑优化,,完成了整体结构优化前后的静力学分析与对比,结果显示优化前后整体变形仅增大0.51%,优化前后机构优化部分的质量减少33.02%,满足机构变形要求。该混联机器人具有结构简单、运动学模型简单、结构刚度高和模块化程度高的特点,且其结构的变胞性有助于实现机构运动和驱动冗余模式的切换,增强了机器人的可研究性。该文可为混联机器人运动学分析及优化设计提供参考。

关于重新建立平面、球面机构与结构自由度计算新公式的研究

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束数的理论出发,对机构学的自由度计算公式进行了研究。研究结果表明,新公式不仅比1896年俄国科学院院士契贝舍夫建立的公式更为简单明了,具有计算速度快的特点,而且还适用于单环、多环、开式链、闭式链、混合链、高副、周转轮系、汽车行星排及结构力学中的静定结构和超静定结构自由度的计算。为计算平面、球面机构与结构自由度提供了更为方便快捷正确的理论计算式。

平面机构自由度求解中低副高代去除轨迹点重合虚约束

针对平面机构自由度求解中轨迹点重合的虚约束问题,提出低副高代的虚约束去除方法。对轨迹点重合的虚约束在平面运动副中的存在情况进行分析,以椭圆仪机构和齿轮直线机构为例,对其存在的位置进行分析,并进一步研究去除该虚约束的机构方案。结果表明:若平面机构中存在轨迹点重合的虚约束,该轨迹点重合的虚约束并不存在于某个固定的运动副上;在两构件距离不变的两点间加入构件和运动副类虚约束是轨迹点重合虚约束的特例;在不减少构件数目的情况下可以采用将转动低副变成平面高副,去除轨迹点重合虚约束。

平面机构自由度求解中轨迹重合虚约束判定研究

针对平面机构中轨迹重合虚约束的判定问题,提出通过对机构拆分杆组及速度分析相结合的判定方法。应用该方法通过以下两步骤可对机构中的轨迹重合虚约束进行判定:步骤1,对机构拆分杆组,确定机构具有负值杆组;步骤2,拆分负值杆组中的一个转动副,确定拆分后组成原转动副的两构件在转动副中心速度方向共线,则可以判定该机构具有轨迹点重合虚约束。研究结果表明:该方法不仅适用于轨迹点重合虚约束的判定,而且也适用于两构件距离不变两点间加入构件和运动副类虚约束及不影响机构运动传递的重复部分引入的虚约束的判定。该研究有助于对虚约束概念的加深理解及机构创新设计。

速度瞬心解析法及其在平面Ⅲ级机构奇异性分析中的应用研究

机构奇异性分析是实施机构运动综合和运动控制的基础,如何快速准确地得出机构的全部奇异位形是机构学领域研究的一个热点问题。机构的速度传递函数是奇异性分析的基础,建立平面机构速度传递函数最便利的方法是速度瞬心法,文章采用瞬心位置的复数表示,建立了速度瞬心解析法,得出了四种输入-输出速度传递函数表达式;提出了一种分析平面Ⅲ级机构奇异性的新方法,即将机构奇异分为杆组内奇异及机构外奇异,并对杆组和2RR-RP杆组的内奇异进行了分析。最后以一个单自由度Ⅲ级机构为例,说明了复杂机构全部奇异位形的求解过程。文中方法克服了Jacobian代数法在分析复杂平面机构的奇异性时存在的计算复杂和漏奇异位形等缺点,为平面机构的速度瞬心求解和奇异性分析提供了简单可行的研究方法。

平面3-DOF机构基本构型的创新设计及应用研究

研究了平面3-DOF机构的基本构型及应用.用图论理论,推导出了平面3-DOF运动链的全部基本构型,并给定3个驱动元件均在机架上的约束条件,以减少惯性力的作用.得出5种实用的平面3-DOF机构的基本构型.对得出的每一种基本构型分析其结构特点,应用现状,提出了潜在的应用前景.

新型雷达天线俯仰举升机构设计

文中简要介绍了雷达天线俯仰举升机构的作用,并总结了目前常用机构的类型与特点。在其技术积累的基础上提出了一种基于平面机构原理、采用全机电伺服传动方案的新型机构。文中重点论述了该机构的工作原理与工作过程,介绍了机构设计过程,包括方案选择、动力学分析及其相应的设计计算等。最后对提高设备的低温适应性提出了可行的建议,总结了新型机构的技术特点。

平面柔性机构的结构型式及其自由度分析

平面柔性机构自由度的分析可为选择其驱动器提供依据,平面柔性机构由刚性构件、刚性运动副、柔性构件、柔性铰链四个元素组成,不同元素的不同组合得到不同的柔性机构型式,理论上共计15类,工程应用型计11类,在分析单一柔性构件自由度及其影响因素的基础上,基于"伪刚性机构"的思想,提出了两个及两个以上元素组成柔性机构的自由度计算原则,并根据此计算原则对11类工程应用性的平面柔性机构给出了实例机构的自由度计算。

平面机构结构公式的准确运用

平面机构结构公式是《机械设计基础》课程的重要内容,本文针对相关教材习题中平面机构自由度计算题的计算结果与机构实际运动情况不相符现象进行综合分析,厘清机构自由度计算的初衷和本质,提出解决问题的思路和方法,有益于读者全面掌握机构自由度计算方法和工程应用,避免机构设计与创新时出错。

一种可重构3-RRR平面并联机构及其工作空间分析

在传统三自由度平面并联机构的基础上,提出了一种新型可重构三自由度平面并联机构。首先,基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,设计了一种可重构支链,实现3-转动副移动副转动副(3-revolute-joint,prismatic-joint,revolute-joint,3-RPR)型与3-转动副转动副转动副(3-revolute-joint,revolute-joint,revolute-joint,3-RRR)型平面并联机构之间的切换。然后,以3-RRR构型为例,分析了机构重要的拓扑指标:方位特征、自由度及耦合度,并基于机构的结构特性及几何约束条件,采用封闭矢量法,推导出运动学逆解模型。最后,分别基于支链的几何约束法及逆解模型,分析了机构的位置工作空间,并研究了杆长行程变化对工作空间的影响。本文不仅为机构工作空间的分析提供了一种新的思路,而且为机构的设计提供了一种新的选择。

一种新型正铲挖掘机构位置分析

研究了一种适合正铲挖掘的新型机构,分析了该机构自由度,得到该机构的自由度为3,即机构具有平面内的两个移动自由度和一个转动自由度,满足正铲挖掘机的作业要求。分析了该机构位置正解,及铲斗在3组不同的液压缸驱动尺寸下的位姿变化。最后分析了该机构位置反解,结果显示铲斗的姿态主要取决于动臂液压缸。此研究为该机构的应用奠定了理论基础。

双自由度平面五杆机构机电系统的轨迹控制

根据双自由度平面五杆机构连杆点实现预定轨迹的要求,建立两个对该机电系统进行位移控制和速度控制的数学模型。自行研制相应的实验装置,把数控系统的两轴联动用于此装置中,通过数控编程对其进行轨迹控制,使连杆点走出预定的椭圆等轨迹,达到五杆机构机电系统轨迹控制的预期效果。对本实验装置中西门子数控系统的控制原理进行简单介绍。实验结果表明,该轨迹控制方程是正确可行的。

平面机构自由度的计算

平面机构的自由度是指构件相对于参考系所具有的独立运动的数目。通过介绍平面机构自由度的计算以及在计算自由度时应注意的问题。分析了自由度对平面机构的结构特性和新机构的设计具有重要意义。

基于MATLAB和EMC2的平面三自由度并联机构运动分析和控制系统设计

首先对平面三自由度并联机构进行运动学逆解分析,并应用MATLAB软件对该逆解模型进行求解;在此基础上,利用求解结果对EMC2源代码中的运动模块进行修改与编译,并通过硬件配置,最终实现了对样机的运动控制。

确定平面机构自由度的新方法──逐次设定连架杆法

由机构具有确定运动的条件出发，分析了运动副对构件轨迹的约束情况，得出机构具有确定相对运动的必要条件：（１）在运动过程中相连接两构件运动副处的轨迹应相同；（２）相连接两构件上的点的相对运动要满足运动副对构件的约束条件，提出了逐次设定连架杆法，以不满足必要条件前所设定的连架杆数来确定机构的自由度数。其特点是可以不考虑机构是否存在局部自由度、复合铰链、虚约束和公共约束，就能确定机构的自由度。

基于机构最小阻力定律的旋转型变自由度机构运动顺序研究

基于机构最小阻力定律,对平面旋转型变自由度机构在考虑摩擦力、重力等情况下的机构杆件的转动条件进行了分析,提出杆件转动条件的表达式;基于泰勒级数展开式,对转动杆件考虑摩擦时的摩擦力矩进行了线性化处理;以平面五杆机构为例对机构运动顺序进行了分析。

浅析平面机构自由度数的求法

通过对平面连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等机构自由度数的求解分析,提出了准确求解平面机构自由度数的方法。

结构力学中计算自由度的算法及其应用

计算自由度在结构力学研究和教学以及工程设计中都具有非常重要地位.在介绍平面杆件体系的自由度和约束基础上,概述了计算自由度的算法,并针对计算自由度的不同取值范围,以实例分析了体系的几何构造.结果表明,计算自由度可反映体系的几何构造特征,特别是在结合体系多余约束情况下能判断几何构造的不变性.

带有柔性或弹性构件的平面机构自由度计算

传统平面机构自由度计算公式是基于刚性运动构件建立的,不适用于带有柔性或弹性构件的平面机构自由度计算.以套筒滚子链传动副和齿形带传动副为例,阐述了采用传统平面机构自由度计算公式在带有柔性或弹性构件的平面机构自由度计算中遇到的问题.针对这些问题,本文定义柔弹等效约束作为公式变量,结合传统平面机构自由度计算公式,建立了带有柔性或弹性构件的平面机构自由度计算公式,并实例验证了该公式的正确性.

一种双向平板折展单元机构及其运动过程分析

为满足更大物理口径的平面可展开天线,提出了一种新的可拓展的双向平板折展单元机构,并对其拓展方式、自由度和运动学特性进行了分析。首先,结合四棱锥和三棱锥机构,设计了一种新的双向平板折展单元机构构型,并简述其基本组成和拓展规律。其次,根据展开运动特性,将机构简化为平面机构,并计算了自由度,确定了驱动数目和位置。最后,采用闭环矢量法建立其运动学模型,分析了展开轨迹、奇异位置及杆件角度、角速度和角加速度等运动特性。将运动学模型的解析解与仿真结果进行对比,验证了运动学模型的正确性。