为实现在作业过程中的钻臂自动定位,对智能锚注一体台车钻臂运动学进行研究。以钻臂机械结构为依据,运用D-H方法建立了8自由度钻臂的运动学方程。基于蒙特卡洛法分析钻臂的可达工作空间,在MATLAB中仿真出钻臂的工作空间云图和投影图。根据钻臂的结构特点和关节运动范围提出了一种钻臂运动学逆解算法。针对大断面隧道锚杆作业过程,在台车理想状态和倾斜状态下对钻臂运动学逆解算法进行验证。结果表明(1)智能锚注一体台车钻臂可达工作空间可以满足大部分隧道施工使用需求;(2)钻臂逆运动学算法计算效率高,在台车理想状态和倾斜状态下均表现良好。

针对传统3-RPR型非冗余平面并联机构运动过程中存在奇点,且需要较大驱动力矩无法实现平滑轨迹跟踪问题,提出了一种新型3-PRPR运动冗余并联机构。建立了新型并联机构的位置、速度和加速度模型,基于运动学模型进行了工作空间仿真分析,分别对不同末端执行器位置和大小、不同基圆半径对工作空间的影响进行了对比分析,并对工作空间运动轨迹进行了分析。仿真结果表明:末端执行器位置只影响定向工作空间,对可达工作空间无影响;定向工作空间和可达工作空间均与基圆半径成正比;末端执行器大小与定向工作空间成反比,与可达工作空间成正比。相同条件下,与传统3-RPR并联机构相比,所提出的新型并联机构工作空间明显增大,证明了该新型并联机构的有效性。

直升机悬停救助模拟器用于在实验室中模拟训练救生人员在恶劣海况进行的直升机救助任务,Stewart并联机构因其刚度大、承载能力强、精度高等优点,被用做直升机模拟舱的动感产生装置。确定工作空间的边界一直是并联机构研究的重要内容,为保证直升机悬停模拟的运动参数不超过平台最大边界范围,需要对其工作空间进行计算和分析。以直升机悬停救助模拟系统的Stewart机构为研究对象,结合直升机悬停救助模拟器的特殊应用场景,提出一种将运动学正解和凸包算法相结合的Stewart机构工作空间计算方法,该方法具有运算准确、速度快等优点。最后,通过实验验证,该方法用于对直升机悬停模拟器在不同海况下运动状态的干涉检测具有良好的效果。