提出了一种新型1T2R型3自由度并联机构,对其进行了运动学及工作空间分析。详细描述了该机构的机构特性,基于螺旋理论对其自由度进行分析,并结合修正Grübler-Kutzbach公式进行验证。根据机构的结构及运动特性,利用空间位置矢量法推导出机构运动学正逆解模型,通过将具体实例理论计算结果和Adams仿真结果对比分析,验证了模型的正确性。基于蒙特卡洛方法对该并联机构的工作空间进行了分析。研究为该类机构的详细机械构型以及实际应用奠定了理论基础。

提出了一种基于4-CRR并联机构的玉米穴播机。运用螺旋理论求解4-CRR并联机构的自由度,采用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证;采用等效平面投影法求解该机构的位置逆解,推导出机构的Jacobian矩阵并对其进行了速度分析;对应用于穴播机的4-CRR并联机构的杆长取值范围进行分析,通过极限边界搜索法求解了杆长为250 mm的机构的工作空间。该机构动平台可实现沿3个坐标轴方向的平移运动,工作空间内部连续,可在穴播机下方形成一个300 mm×300 mm的可调整播种区域。基于4-CRR并联机构的穴播机可根据田间土壤情况的不同,灵活调整播种位置,改变种植密度,达到玉米增产增收的效果。

具有力触觉反馈主从操作的检测装置是提升核主泵螺栓在线检测准确率、避免核辐射健康损害的有效手段。针对核主泵中空螺栓检测超声探头三平移一转动的深孔运动特征,基于方位特征集并联机构拓扑综合方法,构造了一种新型4-HSOC{-Ri1//Ri2(-P(4R))//Ri3⊥Ri4-}力触觉主端并联操作机构;以矢量方程法求解了该机构正逆运动学,并进行了工作空间、运动特性分析和仿真;对应从端深孔检测作业特征进行了工作空间匹配分析和实验验证。该主端力触觉并联机构具有对称折叠性和良好的动平台转动能力,适用于竖向深孔扫查作业,契合从端核主泵螺栓检测装置检测需求,为核主泵螺栓检测装置对孔、扫查任务及主从端运动匹配提供了理论基础。

针对物流行业需要对大量商品快速分拣、包装的需求,提出了一种(2-RRR&RPR+R)&URS型4自由度并联机构,该机构由静平台、动平台、URS支链、以及与带有R副的连接平台相连接的两条RRR支链和RPR支链组成。首先,运用螺旋理论对机构自由度进行分析,求得该机构可实现两转两移的4自由度运动;随后,采用解析矢量法对其进行位置逆解分析,运用数值搜索法并结合位置逆解方程求得工作空间,分析了机构的工作性能;最后,通过Matlab对位置逆解方程进行仿真,并利用Adams对求解结果进行验证,验证了机构逆解模型的正确性以及机构运动的可实现性。结果表明,该机构能沿X轴方向大范围移动,在Y轴方向可实现大角度转动,可以代替物流行业的人工操作,提高工作效率。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。

针对太空环境,提出一种带有移动副的8自由度机械臂,可完成太空环境中的设备维修、物品抓取等工作。通过标准D-H参数法,推导了8自由度机械臂的位姿变换矩阵和正运动学方程;利用MatlabRobotics工具箱,建立机械臂的仿真模型,将仿真模型与机械臂运动学方程进行对比验证;采用蒙特卡罗法对机械臂工作空间进行求解,绘制了机械臂末端执行器的工作空间点云图;通过Matlab对机械臂进行轨迹规划仿真研究,绘制运动过程中各关节的位移、速度、加速度变化曲线,验证了机械臂结构设计的合理性,为后续的研究工作提供参考依据。

为了将3-RRR球面并联机器人用于空间定位跟踪的执行机构,以欧拉角描述机器人末端动平台的姿态,建立机器人位置方程,得到了关节转角的表达式。用几何分析的方法给出了机器人具有姿态空间的必要条件以及各关节必须满足的结构约束。将球面机构的连杆表示为球面上的大圆弧,连杆发生的运动干涉表现为两连杆圆弧的相交,采用球极映射的方法将代表连杆的空间圆弧映射为平面曲线,从而使得空间圆弧求交点问题简化为平面曲线求交。同时,考虑并联机器人在动平台的每个姿态下具有多种位置和每个连杆具有两侧边界的实际情形,提出了判别并联机器人发生运动学干涉的准则和流程。在实例中,以机器人各分支同时具有满足关节结构约束条件的运动学解为目标,探索出机器人姿态空间,进一步对姿态空间每一点进行运动干涉判别,得到了连杆运动干涉在姿态...

提出了一种含可重构运动副的2-SPR/(U+UPR)P(vA)冗余并联机构,可应用于并联操作度,并应用修正的Kutzbach-Grübler公式对机构的自由度进行了验证;其次,应用闭环矢量法求解机构的两组运动学逆解并验证、应用粒子群优化算法研究建立机构在R相下的正解模型并验证;最后,联合使用SolidWorks和Matlab软件求解了机构在R相下的可达工作空间和U相下的平动工作空间。研究结果为该机构的进一步优化和实际应用提供了理论支持。

为提高微创手术机器人术前定位效率和末端可操作性,设计了一种新型微创手术机器人多从操作臂系统,其包括术前定位机构和远心机构两部分。该系统的基座可以安装3条手术器械臂和1条内窥镜臂。远心机构通过平行四边形机构实现末端不动点,在俯仰、翻滚、平移3自由度的基础上添加冗余自由度,增大了工作空间。为便于医生术前对远心机构高度的调节,在术前定位机构的重力补偿关节处通过恒力弹簧补偿远心机构的重力。在多从操作臂系统结构设计的基础上,对主动部分和被动部分进行了正运动学分析。术前定位机构是对机器人主动部分进行术前定位,手术过程中被动部分各个关节将被锁死。对主动部分进行了逆运动学和工作空间分析,通过将SolidWorks运动仿真的运动轨迹与Matlab运算得到的机器人末端运动轨迹对比,验证了多从操作臂系统结构的合理性...

基于方位特征集设计理论,提出一种动平台能实现三平移动一转动并联机器人机构。根据方位特征方程分析机构的拓扑结构特性,通过杆长约束条件建立运动学方程模型并完成正逆解分析,根据雅可比矩阵确定了发生奇异位形的运动条件。进一步研究了机构的动平台操作空间形状与转动灵活性,同时,根据单一变量法分析结构参数对操作空间的影响,建立操作空间最大化优化模型,运用搜索速度快、全局搜索能力强的天牛须搜索算法进行了尺度优化。结果表明,该机构具有较大的、几何形状规则的工作空间,转动能力强。优化后的尺寸参数为该操作手的应用设计提供了理论依据。

作为连接手动操作和虚拟手术场景的桥梁,主操作手可再现多种腹腔镜手术动作,在虚拟手术系统中发挥着重要的作用。根据虚拟腹腔镜手术系统的应用需求,设计研发了一种6自由度被动式串联结构主操作手;通过运动学运算求得主操作手正运动学模型,在Matlab软件中对主操作手进行工作空间、轨迹规划分析;根据三维电磁跟踪系统采集的位置信息,对主操作手的运动学性能进行了定量与定性分析。结果表明,主操作手参数设计合理、运动学模型正确,工作空间分析与轨迹规划仿真结果满足虚拟腹腔镜手术的作业需求,为虚拟腹腔镜手术系统和主操作手的运动控制与术前手术规划奠定了基础。