针对传统方位-俯仰型天线存在“盲锥区”的问题,基于3-RSR并联机构开展并联式天线的结构设计,进行动力学仿真分析以确定电机所需驱动力矩,并研制出天线样机。以PC为上位机、STM32控制器为下位机搭建天线样机的运动控制硬件系统,并为其开发相应控制软件。最后,针对所研制的天线样机开展运动性能与指向测试,以验证结构设计与分析的正确性以及控制系统的有效性。该研究工作有益于少自由度并联机构在天线领域的应用以及并联式天线的产品化。

总结了利用GOM公式计算机构自由度的具体步骤,列举了常用基础杆组的位移参数,介绍了杆组阶的确定方法;给出计算输出构件自由度及快速判断构件运动性质的方法;选取了几种典型的机构验证了所提出方法的正确性。结果表明,该新公式可以避开虚约束计算,不需要借助复杂的数学工具,便能快速、有效地计算包括混联机构在内的机构自由度,其正确性与通用性在一定程度上得到了验证。

鉴于Lankarani-Nikravesh接触力模型的不足,提出一种修正的接触力模型,并验证其有效性。以含转动副间隙RU-RPR并联机构为研究对象,分别以修正的接触力模型和修正的Coulomb法则计算法向与切向接触力,以微分代数形式建立动力学模型,加入Baumgarte违约稳定法并借助四阶Runge-Kutta法予以数值求解,分析了不同摩擦因数对机构动态特性的影响。

运动过程中能耗传递效率较低是制约仿生机构应用于实际的主要问题之一。提出功耗比性能评价指标,并以两种三自由度球面并联机构——3PSS/S并联机构和3RRR并联机构为研究对象,建立其功耗比数学模型。设定运动姿态角范围,分别计算两并联机构理论功耗比,并绘制曲线图比较其功耗传递性能。开展3PSS/S并联机构功耗比实验,绘制实验功耗比曲线,并与理论分析所得曲线进行对比,以验证功耗比性能指标的合理性和实用性。

目前大多数机器人工作过程中需要消耗大量能量来克服自身重力,为了降低能耗并提高机器人性能,提出一种用于转动关节机械臂的重力补偿装置,该装置采用非圆齿轮行星轮系扭转弹簧机构,可实现机械臂任意可达工作空间的重力补偿;建立机械臂静平衡力学模型,根据静平衡约束条件设计非圆齿轮行星轮系,对非圆齿轮行星轮系传动比分配进行讨论,得到满足力矩平衡的最简轮系;以2R平行四杆机构机械臂为例进行设计分析,并导入ADAMS中进行验证,仿真结果表明,重力补偿机构有效降低了驱动力矩。