提出一种半对称的2URU-2RSS并联机器人机构,该机构由4条支链构成,结构紧凑且具有较好的转动性能。根据方位特征集理论研究机构的运动性质和自由度性质。基于杆长约束条件,建立运动学方程,得出位置正解和逆解,并以2组数值算例分析验证运动方程解的正确性。同时通过规划空间的螺旋线运动,研究驱动副φi的变化,以此验证机构的运动性能。利用雅克比矩阵确定正、逆向奇异构型,并分析机构的理论工作空间以及可达工作空间内的动平台最大、最小转动角的空间分布图谱。研究不同结构参数对性能的影响趋势。最后,提出任务工作空间内的整周回转能力利用率作为反映实际转动能力评价指标,建立任务工作空间利用率η和整周回转能力利用率μ作为优化目标。选择NSGA-II算法得到Pareto最优尺度参数解,并进行算例分析验证目标模型的有效性。结果表明任务...

平面3RPR并联机构是一种能实现两平移一转动典型的精密微动机构,根据方位特征(POC)方程分析出机构的耦合度为1,此机构输入输出不具有运动解藕性。基于此,以运动解耦为优化目标,通过结构降耦原理对机构进行拓扑结构优化,设计一种零耦合度(k=0)的平面精密微动机构,利用方位特征(POC)方程验证降藕的可行性,此机构具有位置正解解析式且执行末端运动解耦性优点,同时,分别对拓扑结构优化的平面精密微动机构进行运动学分析,同时分析机构的工作空间、奇异性、转动能力等特性,结果表明与原平面3RPR并联机构相比,拓扑结构优化后的平面精密微动机构具有较好的综合性能。

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计了一种可实现两平移一转动(2T1R)输出运动的半对称并联机构,并对该机构的方位特征集、自由度、耦合度3个主要拓扑特征进行了分析计算,表明该机构的耦合度为1。然后,基于序单开链(Single Open Chain,SOC)的运动学建模原理,求解了机构的位置正解,导出位置机构反解解析式;进一步根据导出的位置反解公式分析了该机构的工作空间及其转动能力,研究了机构发生奇异的条件;并对机构的速度及其加速度进行了仿真分析。最后,对机构应用于脚踝按摩仪的原理进行了分析。

根据基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计理论和机构结构降耦原理,设计了一种低耦合度的3T1R运动解耦并联机构。首先,对一种耦合度κ为2的3T1R并联机构进行了结构降耦设计,得到了耦合度较低(κ1=1,κ2=0),但自由度和末端执行件输出运动类型均保持不变的新机型;又对其进行了运动解耦性分析,表明机构具有部分运动解耦;然后,导出了机构位置正、逆解方程和雅可比矩阵;最后,基于雅可比矩阵分析了机构奇异性,并进一步对该并联机构可达工作空间和转动能力进行了分析,得到了机构无奇异工作空间区域。结果表明,降耦机构具有结构简单、无奇异工作空间形状规则、体积大,且全工作空间所有位置的转动能力一致等特点,克服了一般并联机构耦合性强、控制复杂的弱点,具有较好的工业应用前景。

提出一种基于混沌映射算法的水波法来实现平面并联机构工作空间的快速搜索,以3-RRR平面机器人为例对其可达工作空间、定姿态工作空间、灵活工作空间进行了分析,定义了一个评价转动能力指标来分析机构在可达工作空间内的转动能力,并通过MATLAB实现可视化绘图,直观地描述了转动能力在工作空间内的分布情况。最后通过遗传算法对机构进行尺度优化,有效提高了机构的转动能力。