针对传统结构分析方法效率过低且难以得到完备结果的现状,将机器人机构学理论与现代计算机技术相结合,提出了机器人机构拓扑结构的数字建模方法,并给出方位特征集自动生成算法及流程。首先,提出拓扑结构组成要素的数学描述方法以及相应的数据结构,得到机器人拓扑结构的数字模型。然后,在揭示出方位特征集本质内涵的基础上,利用线性相关性理论制定相应的运算规则,进而提出方位特征集的自动生成算法和流程。最后,结合具体实例验证了上述数字建模方法和方位特征集自动生成算法的有效性。

当前在微操作领域,应用于细胞及更小单位的基因组织手术逐渐普遍,但其局限性在于缺乏优良的显微操作装备。基于此,提出一种可应用于显微操作的三转两移5自由度混联机器人机构。运用约束螺旋方法对机构展开了自由度分析;通过机构的几何约束关系求得机构的位置正反解,基于正反解得到机构的雅可比矩阵,证明了机构的非耦合特性;最后建立了机构的运动学模型,通过Matlab建立机构虚拟样机模型并仿真,得到机构末端的线性位移和角速度输出图像,验证了理论分析的正确性,为机构的实践应用提供了理论基础。

在工业领域,拾放机器人刚性机构设计趋于成熟,但存在质量较大,人机协同工作时危险系数较高等缺陷。与此同时,弹性杆作为新型设计材料,因其自身材料的优点,已广泛应用在医疗、勘探等领域。基于此,提出一种可应用于拾放任务的并联弹性杆机器人机构。利用简化的Cosserat弹性杆模型,从刚体运动的角度描述弹性杆的变形,导出弹性杆动力学模型。在Matlab中建立并联弹性杆方程及虚拟样机模型,通过对关键材料和工作空间的分析,得到相应机构参数。研究输入角度、力矩与末端的位移的关系,通过搭建样机验证了理论的可行性和设计的合理性,为弹性杆在工业方面的应用提供参考。