为了以较少的驱动器实现对目标物体的精确抓取,将变胞机构与筝形直线机构相结合,设计出一种单驱动多抓取模式变胞机械手。机械手通过1个电动机驱动6个手指关节,具有线性平行抓取和自适应包络抓取两种工作模式。首先,基于最小阻力定律推导出变胞机械手不同构态下的等效机构,利用拓扑图描述和分析机械手各构态的拓扑结构变化,建立机械手不同构态下的运动学模型;其次,基于虚功原理建立机械手各指节接触力与输入力之间的关系,并以此为基础,分析弹性元件参数对包络抓取稳定性和各指节接触力的影响,对弹性元件的弹性系数进行优化设计;最后,通过数值计算与虚拟仿真相结合的方式验证所建静力学模型的正确性,为该型变胞机械手的设计和应用提供参考依据。

为了准确分析运动副间隙对机构动力学特性的影响,在Gonthier接触力模型基础上引入非线性刚度系数,得到改进的Gonthier模型,可以更加精确地描述运动副内的弹性力。基于平面四连杆机构并应用牛顿–欧拉方程,建立了含二状态间隙系统动力学方程;利用Adams软件仿真验证了间隙模型的正确性;分析不同间隙、转速、摩擦因数对机构摇杆加速度的影响,并研究了运动副内轴的接触、自由两种状态。结果表明,在一定条件下,轴在运动副内具有碰撞、接触、自由3种状态;系统稳定后,轴在运动副内始终处于接触状态,说明轴在运动副内的运动并不是随机碰撞;机构主要通过接触点变形产生的接触力而不是轴与轴承的碰撞力来传递动力。计算结果可以很好地预测间隙发生位置,对抑制间隙导致的机构振动、磨损等具有重要的理论价值。

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。

为提高旋转式多臂机的整体性能,对提综机构进行深入的动力学特性研究。首先,基于凸轮机构的解析法设计理论,结合织机开口工艺要求,设计出旋转式多臂机提综机构凸轮廓线,应用Lagrange方程建立机构的动力学模型,并对机构进行运动学分析;其次,建立机械系统动力学自动分析(ADAMS)虚拟样机模型,对比分析MatLab数值仿真和ADAMS虚拟仿真所求大圆盘驱动力矩的一致性,验证所建动力学模型的正确性和有效性;最后,依据所构建的动力学模型,分别就大圆盘转速、综框的材料及动程、凸轮廓线对大圆盘驱动力矩的影响进行仿真分析和优化。结果表明减小综框质量和综框动程和采用五次项修正等速运动规律的提综凸轮廓线,均可减小大圆盘驱动力矩的波动幅值,改善提综机构整体动力学性能。