为满足在多种地形下更好地完成任务的需求,设计了一种具有行走模式、越障模式和半折叠模式、并可根据不同地形改变运动模式的四足多模式移动机器人。当机器人处于行走模式时,可在普通较平坦路面行走;处于越障模式时,可通过提升腿部高度翻越障碍物;处于半折叠模式时,通过平台的折叠,可缩短轴距,用于较狭窄路况。利用螺旋理论对机构的平台以及腿部进行了自由度分析;运用D-H参数法求解了四足机器人的正运动学方程;利用Adams仿真软件对机器人的3种模式进行了仿真。结果表明,该机器人可完成行走、越障、半折叠平台通过一定宽度通道的任务,实现了机器人的多运动模式。

提出一种以3-SPS/UPR并联机构为主体的工作台,用以辅助少自由度机床对工件进行曲面加工。建立3-SPS/UPR并联机构的运动螺旋矩阵,通过螺旋理论对其进行自由度分析,采用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证;通过机构中的几何关系,采用封闭矢量法求解该机构的位置逆解,并求出该机构的速度Jacobian矩阵;通过三维动态搜索法求解该机构的工作空间;通过Adams软件对该并联工作台进行了运动学仿真。该3-SPS/UPR并联机构能够进行两平移两转动的运动,可提高机床加工效率和加工质量,增大机床加工范围,提高机床的曲面加工的能力。

为适应多种环境需求,提出一种具有串并联切换功能的新型多模式机构。该机构可根据实际工况改变自身的结构约束,从而形成不同的模式,以提高机构的运动适应性。利用螺旋理论对机构的自由度进行分析,并描述了各模式的切换策略;对机构各模式步态进行分析,运用Adams软件对机构步态进行仿真实验,验证了步态的可行性。最后,对机构进行实体建模并讨论了机构的实用性。

针对人们在提升重物中无法提供足够的力量,对可依附于人体的助力装置的迫切需求,提出了一种刚柔耦合的可穿戴式肘关节助力机构,为人体在提升重物过程中提供助力;解决目前传统的刚性机构笨重而不灵活,柔性机构在支撑人体质量方面有困难的问题。对机构的构型和特点进行了分析;基于螺旋理论进行了自由度计算,采用封闭矢量法进行了位置分析;运用Matlab绘制了柔索长度变化曲线图和柔索拉力变化图,得到了不同角度下的柔索长度值和拉力值;绘制了工作空间图,得到的工作空间内部连续,验证了运动学理论的正确性。该刚柔耦合肘关节助力机构运动性能良好,能够进行肘关节助力。

基于腿部关节康复机理,提出了一种2URR-SRR-RUPUR 4自由度并联式腿部康复机器人,该机构能够实现踝关节的外展和内收运动、膝关节的屈伸运动、髋关节的内旋和外旋运动以及腿部的牵伸运动。基于螺旋理论分析了该机构在一般位型和初始位型下的约束螺旋系和自由度性质。建立了2URR-SRR-RUPUR并联机构的运动学模型,采用闭环矢量法求解机构的运动学逆解并分析了机构的速度雅可比矩阵,在此基础上,对机构的工作空间和奇异性进行研究,得到了机构的工作空间图和奇异位型。基于腿部关节康复运动路径对机构进行轨迹规划,将规划结果采用SolidWorks Motion软件进行运动仿真分析,仿真结果表明,机构运动连续平滑,适合腿部康复运动训练,具备良好的应用潜力。

针对移动机构多运动模式的功能需求,提出基于单环运动链的设计方案。首先,根据单环自由度公式,确定满足闭环且能活动的条件,并分析得到单环运动链的约束螺旋系阶数、杆件数目、运动副数目、自由度之间的组合关系;其次,以螺旋理论为基础,运用虚功原理得到满足不同约束螺旋系阶数下的各种运动副轴线存在的几何条件,以R副、P副为设计单元,群举出所有可能的不同自由度下的单环运动链组合方式,再以所构造的单环运动链作为本体或分支,从而构造出一类多模式移动机构;最后,给出多模式移动机构的构型综合的步骤及部分设计案例,验证了提出的设计理论和设计方法的可行性和实用性。

针对目前快递行业所使用的并联机构运动空间较小、应用范围有限的问题,结合串联机构工作空间大、运动灵活等优点,基于2-UPR+RPU少自由度并联机构,提出一种2(2-UPR+RPU)串并联形式的混联机构,并对其进行位置逆解和工作空间分析,以期能够在工业生产中得以应用。首先,在SolidWorks中对该混联机构建模,利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着,应用连续法求解机构的位置反解;最后,运用CAD变量几何法在SolidWorks进行运动模拟并得到加工点轨迹数据,借助Matlab软件求出其工作空间。2(2-UPR+RPU)混联机构的工作空间范围较之单层并联机构增大很多,形状规则,呈对称分布。2(2-UPR+RPU)混联机构同时兼有串联机构的灵活性和并联机构的高刚度和精度,通过相应的程序控制,可以代替人工工作。

基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach公式对2RPS/2SPS并联机构进行自由度分析。通过空间坐标变换方程和封闭矢量法建立位置反解方程,并在其基础上利用数值分析中的牛顿迭代法进行位置正解分析。利用虚设机构法建立了1阶影响系数矩阵,并基于Matlab,通过微分法对其进行了数值算例验证。结果显示,两种方法的运算结果相吻合。最后,利用Adams软件对2RPS/2SPS并联机构进行运动学仿真,得到位移、速度、加速度和角速度变化曲线图,进一步验证了前两种方法运算结果的正确性,且表明2RPS/2SPS并联机构具有良好的运动特性。

目前煤矿巷道掘进支护过程中存在支护效率低、支护劳动强度大、安全风险系数高等问题,这些问题将影响巷道的支护和掘进速度,最终影响煤矿的开采效率。设计了七自由度掘进工作面液压支护机器人,该机器人与传统机器人不同,其大臂具有伸缩功能,各个关节均采用液压驱动,通过伸缩大臂到达不同的工作区域,而且该支护机器人可以安装在掘进工作面的支护平台上进行巷道支护。根据工况,计算各关节所需要的力矩,并对液压支护机器人进行运动学分析;为实现巷道的安全高效智能支护、掘进,提出了一种以机器人代替矿工的掘进支护施工新方案。

文章介绍了精密压力表标准装置的构成和工作原理,并依据JJF1059-1999<测量不确定度评定与表示>的技术规范,对使用该装置检定被检压力表示值误差进行测量不确定度分析,举例说明分析结果.