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多环耦合机构末端件自由度计算的等效法

机械工程学报 2014年第23期50卷 13-19页

作者：刘婧芳黄晓欧余跃庆丁华锋黄真北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 燕山大学机器人研究中心秦皇岛066004

针对新型耦合机器人与常见并联机器人机构结构的迥异性,提出一种适应多环耦合机构末端件约束分析和自由度计算的新方法,此方法的主要思路是将多环耦合机构转化为并联机构。提出机构拆分原则,将连接输入和输出的部分拆分为多个独立单元... 详细信息

针对新型耦合机器人与常见并联机器人机构结构的迥异性,提出一种适应多环耦合机构末端件约束分析和自由度计算的新方法,此方法的主要思路是将多环耦合机构转化为并联机构。提出机构拆分原则,将连接输入和输出的部分拆分为多个独立单元体。应用螺旋理论逐一分析拆分出的单元体中各个耦合节点构件相对于机架的独立运动,将含耦合结构的独立单元体等效为一个串联分支,整个机构就等效为一个并联机构。分析等效并联机构各分支的运动螺旋系和约束螺旋系,采用二次反螺旋求得机构末端件的自由度。应用提出的等效替代法计算一个耦合机构的自由度,计算结果与原型一致,表明提出的新方法能够有效化简耦合机构的复杂性并正确求得自由度。

关键词：并联机器人多环耦合机构螺旋理论自由度

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基于约束法线的多环耦合机构自由度分析计算

机械传动 2022年第5期46卷 62-67,122页

作者：罗国军王晓慧闫献国王友利太原科技大学机械工程学院山西太原030024 重型机械教育部工程研究中心山西太原030024

针对空间多环耦合机构比空间并联机构更加复杂,运动链之间通过运动副作用于耦合构件产生了更多的约束作用,提出了一种适用于多环耦合机构的自由度计算新方法。首先,确定机构中的耦合构件,结合运动副约束法线分布,把机构中各构件之间通... 详细信息

针对空间多环耦合机构比空间并联机构更加复杂,运动链之间通过运动副作用于耦合构件产生了更多的约束作用,提出了一种适用于多环耦合机构的自由度计算新方法。首先,确定机构中的耦合构件,结合运动副约束法线分布,把机构中各构件之间通过运动副产生的约束,简化成约束点上法线的分布;然后,将耦合机构的自由度分析转化为分析各个耦合构件的约束法线几何关系,根据建立的约束法线几何关系对自由度的判定理论,分析判定耦合构件的自由度性质,并确定各耦合构件的过约束数目;最后,通过机构的连续性确定虚约束数目,代入自由度计算公式,得到多环耦合机构的自由度。结合实例分析可知,新方法不仅可以求得各耦合构件的自由度,还可准确计算耦合机构的自由度。新方法理论依据充分,物理意义明确,可有效应用于耦合机构的自由度分析。

关键词：多环耦合机构约束法线几何定理自由度计算

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基于几何代数的多环耦合机构自由度计算方法

基于几何代数的多环耦合机构自由度计算方法

作者：郭进群浙江理工大学

学位级别：硕士

多环耦合机构大多应用在航天航空,仿生机器人、深空探测、建筑设计和户外活动等领域。而自由度作为机构的基本属性,在多环耦合机构的开发和应用上具有重要意义。其中多环耦合机构分支的耦合特性一直是提出普适性自由度计算方法的重点难... 详细信息

多环耦合机构大多应用在航天航空,仿生机器人、深空探测、建筑设计和户外活动等领域。而自由度作为机构的基本属性,在多环耦合机构的开发和应用上具有重要意义。其中多环耦合机构分支的耦合特性一直是提出普适性自由度计算方法的重点难点,本文以此为切入点进行研究,全文主要工作和成果如下:提出一种几何代数框架下的多环耦合机构自由度计算方法,将耦合构件进行等效得到机构拓扑图,找到连接机架与输出构件的最短分支。通过修正分支上与耦合闭环耦合的运动空间,从而修正分支的运动空间。最后对所有修正后的分支运动空间求交,得到输出构件的运动空间。将输出构件运动空间解耦成相应的单自由度运动解析式,可得到输出构件全周自由度性质。根据耦合闭环的分布,将多环耦合机构进行分类:单分支耦合,分支间耦合以及混合耦合多环耦合机构。提出几何代数框架下单分支和分支间耦合的多环耦合机构自由度计算方法。对每条分支上与耦合闭环耦合部分遵循机架到输出构件的顺序依次修正。每次修正时只考虑闭环对一条分支的影响。将所有修正部分与未耦合的运动螺旋求并集,得到修正的分支运动空间。对所有修正后的分支运动空间求交集,得到输出构件的运动空间。提出几何代数框架下混合耦合多环耦合机构的自由度计算方法。当闭环存在耦合情况时,要遵循小闭环先分析原则,对闭环存在的耦合部分先进行修正,减少不必要的计算成本。将所有修正部分与未耦合的运动螺旋求并集,得到修正的分支运动空间。对所有分支运动空间求交集,得到输出构件的运动空间。提出一种基于输入传递指标(input transmission index,ITI)的多环耦合机构较优驱动方案选取方法。根据输出自由度解析式中的独立变量,选取可行驱动方案,通过计算每组驱动方案在工作范围内的ITI分布,选取性能分布较好的一组作为机构的输出方案,为多环耦合机构的驱动方案选取提出一种新思路。通过上述工作,一定程度上证明了本文提出的基于几何代数的多环耦合机构自由度计算方法的普适可行性,并给困扰多环耦合机构的驱动选取问题提出了新的解决思路。

关键词：多环耦合机构几何代数自由度邻接矩阵自由度解耦

一类对称三自由度移动多环耦合机构的构型综合

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北京工业大学学报 2017年第10期43卷 1457-1463页

作者：刘婧芳张双北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-(RRR)RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据... 详细信息

针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-(RRR)RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据单闭环自由度公式确定耦合支链上运动副的个数.然后,为避免出现瞬时机构,分析耦合支链上运动副的种类.最后,通过对耦合支链的组装,综合出了一类具有一、二级耦合节点的对称三自由度移动多环耦合机构.

关键词：螺旋理论多环耦合机构构型综合

基于独立运动分流标记法的多环耦合机构自由度分析方法

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北京工业大学学报 2015年第11期41卷 1658-1664页

作者：高慧芳刘婧芳黄晓欧北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 国网北京市电力公司电力科学研究院北京100075

基于运动分流法,提出一种改进的多环耦合机构的自由度分析方法,可将复杂的多环耦合机构拆分成多个运动独立的链.应用螺旋理论分析独立运动链所含耦合节点相对于机架的独立运动,并用广义运动副等效代替,整个机构就可以等效为一个并联机构... 详细信息

基于运动分流法,提出一种改进的多环耦合机构的自由度分析方法,可将复杂的多环耦合机构拆分成多个运动独立的链.应用螺旋理论分析独立运动链所含耦合节点相对于机架的独立运动,并用广义运动副等效代替,整个机构就可以等效为一个并联机构.通过分析等效并联机构的运动和约束螺旋系,即可确定多环耦合机构动平台的自由度数目和性质.将提出的方法应用于一种Hoberman Switch-Pitch魔球机构的自由度分析,验证了该方法的有效性及简单性.

关键词：多环耦合机构运动分流法自由度分析螺旋理论

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多环耦合机构末端件的自由度研究

多环耦合机构末端件的自由度研究

作者：黄晓欧北京工业大学

学位级别：硕士

多环耦合机构是一类新型的复杂机构，已作为重要的组件应用于仿生机器人、航空、避难等多种领域，但其理论研究还很缺乏。在机构学中，对一个新机构最基本的理论认识就是先知道它的自由度。但是目前而言，关于多环耦合机构的自由度方法... 详细信息

多环耦合机构是一类新型的复杂机构，已作为重要的组件应用于仿生机器人、航空、避难等多种领域，但其理论研究还很缺乏。在机构学中，对一个新机构最基本的理论认识就是先知道它的自由度。但是目前而言，关于多环耦合机构的自由度方法研究很少，并且由于结构的复杂性和耦合性，导致传统的自由度方法不能正确计算此类机构的自由度。因此，探讨适合多环耦合机构的自由度方法，是一个新的研究方向，也是多环耦合机构构型设计和运动分析的基础。本文针对多环耦合机构的自由度问题，从最关键的耦合特性和约束分析两个方面出发，提出了运动分流法、耦合机构解耦法以及机构等效分析法，形成了一种适合多环耦合机构末端件自由度分析的新方法，并通过实例分析来验证此方法的有效性和适用性。主要内容如下：对多环耦合机构开展耦合特性分析。提出三种基础耦合模型，并根据其运动特性，提出对应的运动分流标记法及标记原则，并扩展应用于多环耦合机构，提出了耦合机构的结构解耦法，将耦合机构转化为含多个独立结构的运动链组合。基于螺旋理论，对每一个独立运动链进行运动和约束分析。利用前述标记方法，从一级节点开始，对节点构件的运动和约束进行分析，利用“广义运动链”等效替换，迭代进行后一级节点的约束分析和等效替换，直至将每一个独立运动链结构最终等效为一个单链。至此，多环耦合机构等效为常规的并联机构。分析等效并联机构末端件的连续自由度。计算等效并联机构的运动螺旋和约束螺旋，并利用约束的线性相关性确定机构的过约束，用修正的Grübler-Kutzbach公式计算等效并联机构末端件的自由度数，或对等效机构的约束螺旋系求二次反螺旋，就得到末端件的自由度性质，并根据连续有限位型进行自由度瞬时性判别。应用提出的新方法分别对三类典型多环耦合机构进行了自由度分析，包括：具有独立分支局部耦合结构的混联机构、非对称耦合机构和对称耦合机构。通过Solidworks三维软件对这些机构进行实体建模和仿真模拟，以及与其它方法的对比分析，验证了此方法的有效性和适用性。本文提出的新方法是对现有的基于螺旋理论的自由度原理的发展和创新，对多环耦合机构的进一步开发应用具有积极的促进作用。

关键词：自由度过约束螺旋理论多环耦合机构

基于POC法的多环耦合并联机构拓扑特征分析

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农业机械学报 2016年第4期47卷 349-354页

作者：沈惠平邵国为朱小蓉朱伟常州大学现代机构学研究中心常州213016

应用基于POC集和SOC单元的并联机构拓扑结构设计方法(简称POC法),对2个典型的多环耦合机构进行了拓扑特性分析,分析表明,需要在相应的自由度公式和约束度公式中,减去相应的'耦合次数',才能计算出正确的机构自由度和耦合度,拓扑特征的总... 详细信息

应用基于POC集和SOC单元的并联机构拓扑结构设计方法(简称POC法),对2个典型的多环耦合机构进行了拓扑特性分析,分析表明,需要在相应的自由度公式和约束度公式中,减去相应的'耦合次数',才能计算出正确的机构自由度和耦合度,拓扑特征的总体计算过程、步骤和一般并联机构的拓扑特征分析相同;同时表明,POC法能有效分析多环耦合并联机构,且物理、几何意义明确,操作简便易懂;多环耦合机构的结构看似复杂,但其耦合度相对较低,其运动学、动力学分析并不很复杂,因此,也具有一定的应用推广价值,当然,其应用的背景本身有待探索。

关键词：并联机构 POC法多环耦合机构耦合次数拓扑特性分析

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一种单自由度对称可展耦合机构的设计

机械工程学报 2018年第5期54卷 62-73页

作者：高慧芳刘婧芳余跃庆北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

基于正十二面体结构的特殊性和对称性,提出一种具有一个移动自由度的对称可展耦合机构。针对正十二面体包含的几何要素及空间布局,建立耦合框架结构,定义对应的构件类型并确定支链组成,根据各构件的连接情况设计3种类型替代构件,按照耦... 详细信息

基于正十二面体结构的特殊性和对称性,提出一种具有一个移动自由度的对称可展耦合机构。针对正十二面体包含的几何要素及空间布局,建立耦合框架结构,定义对应的构件类型并确定支链组成,根据各构件的连接情况设计3种类型替代构件,按照耦合框架结构用转动运动副(R副)将替代构件顺次连接,构建出机构基础模型。分析基本单元环的内部约束,在确定其具有可动性的基础上对机构基础模型的自由度及输出运动性质进行分析,设计出期望的对称耦合机构。建立耦合机构的三维实体模型,设置不同的驱动条件,通过Matlab获得节点构件和末端件的位移变化曲线,得到的结果与理论分析结果一致,表明提出的新机构是一种具有可展性的单移动自由度对称耦合机构。

关键词：多环耦合机构正十二面体替代构件可展机构

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二十面体机构构型设计与分析

农业机械学报 2017年第10期48卷 370-379页

作者：刘婧芳曹亚柯丁华锋北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124

基于具有对称性和对偶性的正十二面体,设计了一种以三、四、五边形为耦合节点的二十面体单移动可展机构。首先,在正十二面体的十个面上添加一种顶点,通过增加顶点种类以增加耦合节点种类,从而得到具有三、四、五边形结构的节点构件。根... 详细信息

基于具有对称性和对偶性的正十二面体,设计了一种以三、四、五边形为耦合节点的二十面体单移动可展机构。首先,在正十二面体的十个面上添加一种顶点,通过增加顶点种类以增加耦合节点种类,从而得到具有三、四、五边形结构的节点构件。根据构件连接情况设计四类替换构件,将替换构件用转动副(R副)依次连接,构造耦合机构基础模型。其次,基于螺旋理论应用分流法计算其自由度。最后,进行主动输入选取分析及构建耦合机构的三维模型,设置方向相反的驱动条件分别进行仿真运动,应用Matlab得到动平台和节点构件的位置变化曲线,仿真结果与理论分析结果相统一,表明提出的机构具有伸缩运动特性。

关键词：多环耦合机构二十面体自由度运动分析