为了综合得到具有最优传递性能和大姿态角的一类两移两转(2T2R)并联机构,结合螺旋理论和支链构造法,提出了一种并联机构型综合方法。以2-RPS机构作为基础支链,运用螺旋理论对新增支链的约束类型进行分类,给出了支链构造准则,确保并联机构自由度不变;结合机构运动和力传递特性,利用螺旋理论筛选出具有最优传递性能指标的机构支链,构型综合出具有最优传递性能的2T2R并联机构;最后,对一种新型2-RPS-UPS并联机构进行了运动学分析,借助Matlab求解出了机构工作空间。结果表明,新构型综合的并联机构具有最优传递性能和良好的姿态能力。

解耦构型能够通过特定驱动,实现独立的位姿输出,能够避免机构许多不必要的输出特征,输出响应时间快、能耗低、运动标定简单,具有广阔的应用前景。通过对各种型综合方法及流程的对比分析,以解耦构型综合为目标,提出了解耦构型综合的统一流程;揭示了解耦设计的关键是实现支链约束关系解耦;提出了支链解耦设计运动副轴线空间方向及位置的约束关系。根据支链中运动副的排列顺序对末端输出特征的影响,设计了实现平移与转动的解耦方法。结合解耦机构在工业、精密工程、医疗及仿生机构等领域的应用,指出了解耦机构的研究方向及应用延伸领域。

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。

针对中医推拿的按、揉、滚、振4种推拿手法,从型综合方面对推拿机器人机械臂进行结构设计,采用Denavit-Hartenberg法,通过齐次坐标变换,建立了机械臂的运动学模型,并对其正运动学方程进行了求解。基于图解法对推拿机械臂工作空间进行分析,得知推拿机械臂大小臂长度应相等。同时,基于蒙特卡罗原理,通过MATLAB编程对六自由度推拿机械臂的工作空间进行了数值解的描绘,结果表明,推拿机械臂的工作空间内部工作点密集且分布均匀,满足推拿动作高效作业的要求。

提出了一种正铲液压挖掘机工作机构型综合方法——Ⅱ级基本杆组叠加法。针对正铲液压挖掘机工作机构的自由度数目、性质和驱动单元,将其结构分解为基本结构和辅助连杆,并给出了8条构型综合约束条件,进而根据辅助连杆上的运动副数目,分5种情况添加Ⅱ级基本杆组RRR对正铲液压挖掘机工作机构进行了型综合,获得了一系列12杆构型。从中选取了3种构型,针对其多环耦合的结构特点,采用拆杆-等效法分析了其自由度,并建立了相应的仿真模型,开展了运动仿真分析,验证了构型综合方法的可行性。

为综合得到含复铰的6杆Assur杆组构型综合,提出了一种含复铰杆组特征值的构型方法。分析此杆组特征值,得到了杆组中构件数、复铰数、环路数以及外接运动副之间的关系,在上述分析基础上运用C语言编程得到含复铰6杆Assur组的数综合。进一步的给出了含复铰杆组拓扑图的绘图原则和方法。结合含复铰杆组特征值和拓扑图绘制规则、方法,可快速、准确地进行含复铰6杆Assur杆组构型综合分析。列表给出了含复铰的6杆Assur杆组的型综合,丰富了含复铰杆组的构型综合。同时为实现计算机的自动绘制奠定了基础。

使用位移流形理论综合了具有2T1R与2R1T两种运动模式的并联机构。选取一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,该并联机构具有2T1R与2R1T两种运动模式。在两种运动模式的一般位形下,使用3个驱动副可以实现对机构的控制;在两种运动模式的变换位形下,支链2连接动平台和定平台的2个转轴共线,机构自由度为4。在支链1中增加辅助驱动副,此驱动副只在机构运动模式变换时工作,可以实现并联机构在2T1R与2R1T两种运动模式之间变换。

根据现有脉动式无级变速器拓扑构型,总结出7点脉动式无级变速器的设计要求,并通过类配综合计算出满足设计要求的运动链。对找到的运动链中构件和运动副逐一赋权,得到多种新型和部分现有的脉动式无级变速器机构构型,进而证明基于运动链的机构型综合方法和新构型的有效性和合理性。从多种新构型中比较选择,最终确定了基于齿轮连杆组合机构的脉动式无级变速器作为优选机构。

螺旋理论是研究高等空间机构学较为简便的一种数学方法,它是在线性代数的基础上发展起来的。文中介绍了螺旋理论在并联机构自由度分析、反螺旋求解、型综合等方面的应用,并且通过具体数值算例来验证了该方法的可行性、简便性以及优越性。最后可以清晰地总结出螺旋理论是诸种研究并联机构学中最实用的工具。