针对传统抗眩晕训练手段无法模拟复杂海况的问题,设计了一种2UPS-1PU并联机构,其可实现垂荡、横摇和纵摇3个方向复合运动。基于人工蜂群算法,以灵巧度为指标,对该机构的结构参数进行了优化。首先对该机构的结构进行描述,并采用封闭解法求取该机构的位置反解和速度雅可比矩阵;然后证明了该机构线速度是各向同性的,为衡量角速度的灵巧度,提出了一种离散型全姿态空间条件数的评价指标,并在此基础上建立优化数学模型;最后利用人工蜂群算法对该模型进行了优化计算。计算结果表明相对于常规设计,优化后2UPS-1PU并联机构的灵巧度得到了显著提升,证明了人工蜂群算法的有效性。

以一种对称、简单的3UPRR并联机构为研究对象,分析了机构的自由度、逆解、雅克比矩阵等运动学内容,根据极坐标迭代搜索法分别对机构的工作空间、灵巧度进行求解,最后以结合全域性能指标与全域性能波动指标的综合运动性能指标作为目标函数,利用遗传算法对机构结构参数进行尺度综合。仿真实验结果表明优化之后的机构具有较大而且对称的工作空间,且具有良好的运动性能,可以为3-UPRR并联机构的设计和运动规划提供一定的理论依据。

针对绳索驱动平面机器人的运动性能在工作空间内的分布规律进行了研究。介绍了绳索驱动平面机器人的构型和工作原理;建立了该机器人的运动学和动力学模型,并讨论了该机器人的工作空间和系统可操作度的评价指标;采用结构矩阵的条件数定义了该机器人的灵巧度衡量指标;通过实例计算分析了运动性能指标在工作空间内的分布规律。结果表明,在工作空间内,不存在奇异位形或不定位形,而且该机器人具有较好的运动和力传递性能,且在工作空间中心区域的运动和力传递性能要优于边界区域。研究结果为该机器人的进一步研究任务规划提供了基础。

提出了一种用于苹果加工过程中的分拣和装箱的2-CRR/UPU并联机构。建立2-CRR/UPU并联机构的运动螺旋矩阵,通过螺旋理论对其进行了自由度分析,采用修正的Kutzbach-Grubler公式进行验证;通过机构中的几何关系,求解该机构的位置逆解,推导出该机构的Jacobian矩阵并对其进行了速度分析;通过三维动态搜索法求解该机构的工作空间;根据Jacobian矩阵对机构奇异性进行分析,获得灵巧度指标在工作空间中的分布规律。该2-CRR/UPU并联机构能够进行三平移运动,且运动稳定,能够满足苹果分拣装箱时的动作要求。

针对空间三平移并联机构输入/输出强耦合所引起的实时控制的问题,根据方位特征(Position and orientation characteristic,POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,提出一种零耦合度的三平移并联机构,机构由2条CPR和1条UPU支链构成,有解析式位置正解、耦合度低、较好的运动灵巧性能、工作空间大等特点。分别对方位特征集、自由度、耦合度等主要拓扑特性进行计算,建立运动约束方程并得到机构输入、输出位置解析式。研究奇位异形发生的条件,并分析以雅可比矩阵条件数倒数的灵巧度和动平台执行末端的操作空间等运动性能指标,最后,以机构的全局灵巧度作为优化目标,选择蝗虫优化算法(Grasshopper optimization algorithm,GOA)进行尺寸参数的优化设计。为该并联机构结构设计和高精度位置控制提供理论参考依据。

根据方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计了一种结构简单且对称的三平移的并联机构,通过方位特征方程分别计算了机构的方位特征集、自由度、耦合度等拓扑特性,验证机构能实现三平移的运动特性;建立机构运动学方程,推导得到机构的正逆解的解析式,以及机构的奇异性、工作空间、灵巧度等运动性能指标。最后,建立多目标优化设计模型,采用带有精英保留策略的快速非支配多目标优化算法(NSGA-Ⅱ)进行结构参数的尺度综合,优化得到一组Pareto最优解(Pareto optimal solutions)。结果表明,不能同时最大化工作空间体积和全局灵巧度,可以根据实际的需求选择Pareto最优解,以满足两个目标的需求。

提出一种支链含平行四边形结构的新型PRPaR-2CPR并联机器人机构,机构由1条PRPaR支链和2条CPR支链构成,具有结构简单、耦合度低、刚度高特点。基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,对自由度和运动性质进行分析计算,利用杆长约束条件建立运动学方程,计算得到逆解表达式,同时得到正解数值解。另外,根据雅克比矩阵分析出奇位性存在条件,通过位置逆解表达式,运用极限边界搜索法分别得到工作空间和运动灵巧度性能图谱,绘制相应性能图谱加以分析,期望在有限的操作空间范围内获得更好的运动灵活性性能。以任务工作空间内的全局灵巧度作为优化目标,选择遗传优化算法进行结构参数的优化设计。优化后的任务工作空间内灵巧度性能得到极大的改善,使此并联机构运动性能得到改善。

设计了一种2RRPaR+PPaP三平移空间并联机构,推导了该机构的位置正反解方程和雅可比矩阵。以工作空间和全局灵巧度为优化目标,建立优化数学模型。以工作空间散点数目最多和全局灵巧度值最大为原则,采用差分进化算法进行优化设计,得到机构的最优参数。通过比较优化前后机构的工作空间和灵巧度值,结果表明,优化后机构的运动性能得到较大改善,为该机构的设计及应用奠定了基础。

为提高光电产品自动视觉检测的准确性,研制了一种含冗余驱动支链的4SPS/S球面并联调姿平台样机。含冗余驱动支链的4SPS/S并联机构为调姿平台机构本体,具有绕动平台中心点的3个转动自由度,可以实现待检零件任意角度图像信息的获取。建立了该并联机构的运动学模型,导出了机构位置逆解方程和雅可比矩阵;基于雅可比矩阵的秩讨论了机构的奇异性,并验证了冗余驱动支链能消除机构内部奇异;基于雅可比矩阵的非冗余分解,提出了一种评价冗余驱动并联机构力传递性能的指标。分析机构动定平台球铰安装方式对机构运动学性能的影响,得到了机构姿态空间体积大、灵巧度好的动定平台球铰安装方式;设计制作了球面并联检测平台样机,分析并绘制了样机姿态空间以及灵巧度、力传递性能在姿态空间内的分布。结果表明,样机转动空间大,无内部奇异,灵巧度和...

针对球面运动机构驱动方式问题,提出了一种新型液压驱动球形关节机构,该机构利用超全周转动马达及舵叶摆动马达作为驱动,可以实现超全周转动;由机构学理论推导了正逆运动学方程及雅克比矩阵,得出了机构的奇异位形;分析了机构的灵巧度性能指标及惯性力全域性能指标,通过仿真找到了机构性能较优时的结构参数.该关节机构具有结构紧凑、低耦合、负载大并且能够实现全方位输出的特点.