主泵中空法兰螺栓在线检测装置轨道平台作为整个装置的运行基准,其位姿调控是实现精准超声检测的核心技术;将装置末端超声探头定位、倾摆、偏航误差映射为轨道平台的几何形态误差;提出基于形位测度思路的轨道平台调控机制。即将环形轨道、主泵筒体映射为并联机构的动、静平台,轨道平台与主泵主体六自由度相对位姿调控过程分解为具有几何意义的水平度、同心度有序调节过程;基于方位特征理论构型组合方案,综合出对应水平度调节的一平移两转动(1T2R)并联机构及同心度调节两平移一转动(2T1R)并联机构构型。所综合并联机构构型确保了轨道平台安装调整过程具有可调性、解耦性,其研究思路及可操作性设计方法可为多自由度调节机构设计提供思路。

以用于城市停车场的车辆抬升装置为研究对象,提出将车轮与托举机构末端间接触姿态、相对运动抽象为支链末端运动副;将搬运车体、搬运车体操作机构、被搬运车整体分别映射为并联机构的动静平台;将车辆托举机构、车轮夹持、车长自适应、车宽调整过程中的车辆运载姿态维持特性视作多任务、多工作状态的设计需求及任务目标并抽象为并联机构结构综合问题;根据其任务空间、工作状态所需实现最大方位特征集,进行机构的结构综合,推导出托举装置的基本结构;构造了保证被卸运车辆姿态的2T2R机构。这里将并联机构综合理念引入到托举系统设计,完成了可适应被搬运车辆的宽度和轴距的结构设计,为AGV搬运卸运车辆研制提供了新的思路。

针对汽车门锁单电机驱动实现电动开启及电动保险功能的需求,基于恒力弹簧弹性力不随行程变化而改变的特性,构造了协同电动开启和电动保险支链运动的新型双层柔顺间歇机构。正向驱动组件由撑杆通过杠杆支撑刚化拨杆拨动型面拨盘;反向驱动组件由拨杆受拨盘扭簧力阻力作用与撑杆脱离,拨杆绕杠杆中心旋转,顺应拨盘型面滚滑。该机构有初始支撑保持、刚性支撑拨动及柔顺避让适应型面多种运动模式,正反向转动实现双层多运动模式切换。该机构在门锁狭小空间内仿真,可实现多工况下开启机构与保险机构的确定运动与复位运动;比较拨杆与保险盘的接触力,使用恒力弹簧时最大值较小且变化幅度平稳,满足与其他支链兼容适应性。仿真结果表明,机构在30.8 ms内实现单独解保险,97 ms内顺序实现解保险及电动开启,68.9 ms内实现单独上保险。

基于Bennett机构构造的包络六面体,推导了机构构型与其运动副轴线对应的单叶双曲面之间瞬态相对位姿关系,可视化探究了Bennett机构、机构包络六面体与单叶双曲面之间动态位姿映射;分析了Bennett机构对角线相等时包络六面体构型的几何特征。由特定结构参数Bennett机构对应单叶双曲面腰部空间形态及腰截面投影可视化研究发现,机构在特定构型包络六面体底面投影与单叶双曲面腰椭圆短轴重合,引发探究该构型机构压力角的启示。研究发现,当输入角等于nπ+π/2(n∈N),任一Bennett机构包络六面体底面投影线与腰椭圆短轴重合,机构出现最小压力角且最小压力角等于输出杆件运动副扭转角。从特定结构参数机构与其关联特征几何体、曲面、曲线间映射的可视化研究获得启示,可为进一步揭示运动学普遍规律提供研究思路。

以汽车门锁开启支链占用空间少、高效驱动和高端多功能为目标,对单回路空间机构进行构型综合,得到可实现电动开启的RRRSR机构;针对电动开启支链适应手动开启运动的兼容性需求,减少RRRSR机构运动副约束,得到RRSSR欠驱动机构,使得机构与其他支链的运动兼容;通过对该机构运动副增设扭簧力约束,保证了机构运动柔顺性和稳定性;以特定方向投影进行方程变量降维,使得所构建的空间RRRSR机构运动学方程变量最少,解析求得输入角和输出角关系式。仿真结果表明,具有力约束的汽车门锁RRSSR欠驱动机构既能完成电动开启过程,又能在手动开启工况下具有运动兼容适应性。

环形平台作为核主泵螺栓在线检测的移动和操作基准,其位姿快速、高精度调整是螺栓在线精确检测的关键。针对辐射环境环形平台位姿调整需求,提出了基于解耦并联机构的粗、精两级高精度快速调整方法,第一级粗调以6自由度解耦并联机构对环形平台进行初步调整,第二级精调以两独立方位特征子集对应的1T2R和2T1R解耦并联机构对平台按序进行水平度和同轴度调整;基于方位特征集理论,综合了粗、精两级调整解耦并联机构;提出了以海绵吸具在泵体弧形光滑外壁吸附形成固定支点,构造并联机构定平台,实现了各并联机构的快速安装、切换及拆卸。基于解耦并联机构的粗精两级快速调整,为实现核辐射环境环形平台的快速高精度调整提供了新思路。

具有力触觉反馈主从操作的检测装置是提升核主泵螺栓在线检测准确率、避免核辐射健康损害的有效手段。针对核主泵中空螺栓检测超声探头三平移一转动的深孔运动特征,基于方位特征集并联机构拓扑综合方法,构造了一种新型4-HSOC{-Ri1//Ri2(-P(4R))//Ri3⊥Ri4-}力触觉主端并联操作机构;以矢量方程法求解了该机构正逆运动学,并进行了工作空间、运动特性分析和仿真;对应从端深孔检测作业特征进行了工作空间匹配分析和实验验证。该主端力触觉并联机构具有对称折叠性和良好的动平台转动能力,适用于竖向深孔扫查作业,契合从端核主泵螺栓检测装置检测需求,为核主泵螺栓检测装置对孔、扫查任务及主从端运动匹配提供了理论基础。

网箱养殖是海洋设施养殖的重要战略方向,针对现有深海网箱难以自适应调整养殖区域以优化生态环境、体积庞大难以运输等问题,提出了新型嵌套折展子母网箱机构,以空间折展机构为网箱支撑母框架,嵌套安装于母框架的平面柔性折展机构为子网箱框架,以闭环钢丝绳驱动网箱折展。研究构成网箱框架机构的三重对称Bricard机构折展关键状态尺度约束类型的演变,揭示机构折展过程中对称面相交共线的几何不变特性,构造以对称面交线为折展轴线的网箱折展驱动机构;进一步建立网箱框架机构运动学方程,通过对称面几何投影解析求解驱动杆转角与网箱折展状态的对应关系。所提出的具有大折展比的嵌套折展网箱机构为深海网箱的研制提供了新思路。

车门锁电动开启功能是乘客非接触操作模式进入车辆的物理基础,将引领高品质和舒适安全车门锁系统的发展潮流。针对车门锁内部电动保险、电动开启双支链运动协调以及多运动支链间互不干涉的需求,以现有具备电动保险功能车门锁为基础,基于平面机构拓扑结构综合理论,引入不完全齿轮间歇机构构造了变拓扑电动开启运动链;借助关联矩阵描述了车门锁电动开启支链不同连接状态的拓扑构态。通过研制电动车门锁样机并进行功能测试,验证了基于变拓扑结构电动开启运动链方案在该门锁系统中的可行性。该研究可为汽车智能门锁运动链的构型设计提供新思路。

汽车门锁作为汽车车身的重要附件,其操作性和可靠性关系到汽车的安全和使用性能。针对未来新型汽车对车门开启功能的新要求,以现有汽车侧门锁为研究对象,提出一种可实现电动解锁功能的传动运动链;针对电动开启运动链中连杆传动机构在解锁运动过程中与齿条传动匹配问题,以理论接触点期望轨迹为一条平滑曲线为目标;基于单开链方法,构建具有解耦降次特征的运动学方程组;采用优化-连续法,同时考虑机构运转平稳、尺寸合理等条件,求解出传动机构连杆末端输出点最佳逼近期望轨迹的机构尺寸,为新型汽车门锁传动链研发提供参考。