首先,基于并联机构拓扑结构设计方法设计了两平移两转动(2T2R)并联机构,其耦合度为1,并计算了方位特征(Position Orientation Characteristics,POC)集、约束度和自由度;其次,分析了该机构的拓扑特征运动学,求解了该机构的位置正解与位置反解,验证了正解与反解的正确性;最后,基于位置反解对该机构的奇异性、工作空间进行分析计算,得到了机构可能发生的奇异位置,并求得了机构的最大可达空间。这为机构的动力学和动平衡研究以及样机制造奠定了基础。

针对并联机床加工复杂曲面零件,设计了一种部分解耦5自由度并联机构。分析了该并联机构的自由度和解耦性能;基于矢量法,推导了机构中各驱动分支和动平台运动之间的映射关系,分析了并联机构中各构件的运动;考虑各构件的重力、惯性力和惯性力矩,利用虚功原理建立了机构的动力学方程;利用CAD软件对并联机构运动学和动力学方程进行了验证。分析了部分解耦并联机构的奇异性,为该类机构的应用奠定了理论基础。

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。

针对并联机构的强耦合性问题,提出了一种新型无耦合两移动并联机构,包含3条分支运动链,其中,第一条和第二条分支运动链结构相同,均为RURR型结构,第三条分支运动链为由3个轴线平行的转动副组成,且其为纯约束分支。基于螺旋理论分析了机构的自由度和输出特性;利用驱动力螺旋和封闭环矢量法建立了机构运动学模型,推导出机构的位置、速度和加速度方程;详细讨论了机构的奇异性,得出机构的奇异位形;应用Matlab和Adams软件进行运动学仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。

针对7轴协作型库卡机械臂,对其工作空间内机械臂的奇异构型进行求解和仿真分析。首先,建立机械臂的运动学模型,得到其DH参数;然后,基于螺旋理论求解机械臂的雅可比矩阵,利用螺旋互反方法求解机械臂的奇异构型;最后,基于可操作度指标和最小奇异值指标,利用机器人工具箱对机械臂末端参考点的灵巧性进行分析。结果表明,7轴协作型库卡机械臂在其工作空间内存在4种奇异条件。仿真结果进一步验证了分析的正确性,为后续的机械臂奇异性避免算法研究奠定了基础。

针对多轴联动混联加工平台的构型创新需求,综合出一种支链中含平面缩放结构单元的新型2R1T并联机构--3-P_zP_xS。提出并优选了支链构型,验证了机构自由度;推导获得了机构位置正逆解析解,便于后续的运动规划及控制;基于机构雅可比矩阵,确定了机构发生正运动学奇异的位形参数条件;采用边界搜索法获得机构可达工作空间后,确定机构具有大的转动能力。相关成果为混联高效数控加工中心的研究奠定了理论基础。

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。

利用小波变换具有空间局部化的特性和表征信号奇异性的能力,在适当尺度下刻画待检对象表面第1次超声回波信号的极大值点,从中选择最大值点作为脉冲重复频率(PRF)技术"与操作"的基准点,以满足PRF技术在消除超声多重反射时对"与操作"基准点需高精度定位的要求,从而解决传统方法对检测设备和操作条件严格一致的弊端.计算机仿真与实验研究表明提出的方法是可行的,并具有较强的鲁棒性和适用性.