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运动解耦且正解符号化的8R两平移空间并联机构的设计与性能分析

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中国机械工程 2023年第12期34卷 1425-1435页

作者：杜中秋沈惠平孟庆梅李涛杨廷力常州大学现代机构学研究中心常州213164

提出了机构1、机构2两个新型8R两平移空间并联机构,并对两个并联机构自由度进行了分析计算;推导出了两个机构的符号式位置正解和反解,并基于符号正解对两个机构的工作空间进行了分析;对这两个机构分别进行了刚度建模与动力学建模,分析... 详细信息

提出了机构1、机构2两个新型8R两平移空间并联机构,并对两个并联机构自由度进行了分析计算;推导出了两个机构的符号式位置正解和反解,并基于符号正解对两个机构的工作空间进行了分析;对这两个机构分别进行了刚度建模与动力学建模,分析了两个机构的刚度性能,并求得相同负载下两个机构的驱动力矩;最后对两个机构进行运动学、刚度和动力学性能对比,结果表明机构2为优选机型。

关键词：并联机构方位特征方程运动学刚度逆动力学

一种位置正解符号化且运动部分解耦的新型2T1R并联机构动力学分析

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机电工程 2023年第8期40卷 1231-1239页

作者：杜中秋沈惠平李菊李涛吴广磊常州大学现代机构学研究中心江苏常州213164 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

三自由度并联机构具有结构简单、造价低、运动控制方便,以及刚度高、承载能力大等特点,目前在工业生产等设备中得到了广泛应用,而其中具有移动和转动混合运动的2T1R并联机构具有更高的研究价值。为了研发和推广2T1R并联机构,提出了一种... 详细信息

三自由度并联机构具有结构简单、造价低、运动控制方便,以及刚度高、承载能力大等特点,目前在工业生产等设备中得到了广泛应用,而其中具有移动和转动混合运动的2T1R并联机构具有更高的研究价值。为了研发和推广2T1R并联机构,提出了一种零耦合度且运动部分解耦的空间2T1R并联机构。首先,对该机构的位置正反解进行了分析,并求解了各构件速度与输入速度之间的关系矩阵;然后,运用基于虚功原理的序单开链法,按照机构拓扑结构分解的顺序,分别建立了各子运动链(SKC)的动力学模型,从而得到了整个机构的逆向动力学模型;最后,对建立的动力学模型进行了算例研究,得到了机构的驱动力和2个SKC连接处的支反力,并将其与基于ADAMS的虚拟仿真结果进行了对比。研究结果表明:该2T1R并联机构具有部分运动解耦的优点,且通过仿真对比验证了所建立的逆向动力学模型的有效性和正确性,可为其结构设计和样机研制奠定基础。

关键词：并联机构方位特征方程逆向动力学虚功原理机构动力学建模运动学建模

平面3RPR并联机构拓扑结构优化与性能分析

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机械设计与制造 2022年第5期375卷 92-98页

作者：周理朱红求湖南城市学院机械与电气工程学院湖南益阳413000 中南大学自动化学院湖南长沙410083

平面3RPR并联机构是一种能实现两平移一转动典型的精密微动机构,根据方位特征(POC)方程分析出机构的耦合度为1,此机构输入输出不具有运动解藕性。基于此,以运动解耦为优化目标,通过结构降耦原理对机构进行拓扑结构优化,设计一种零耦合度... 详细信息

平面3RPR并联机构是一种能实现两平移一转动典型的精密微动机构,根据方位特征(POC)方程分析出机构的耦合度为1,此机构输入输出不具有运动解藕性。基于此,以运动解耦为优化目标,通过结构降耦原理对机构进行拓扑结构优化,设计一种零耦合度(k=0)的平面精密微动机构,利用方位特征(POC)方程验证降藕的可行性,此机构具有位置正解解析式且执行末端运动解耦性优点,同时,分别对拓扑结构优化的平面精密微动机构进行运动学分析,同时分析机构的工作空间、奇异性、转动能力等特性,结果表明:与原平面3RPR并联机构相比,拓扑结构优化后的平面精密微动机构具有较好的综合性能。

关键词：并联机构方位特征方程结构降藕工作空间转动能力

一种新型低耦合度非全对称三平移一转动并联机械手及其运动学分析

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中国机械工程 2017年第19期28卷 2289-2299页

作者：沈惠平邵国为邓嘉鸣孟庆梅杨廷力常州大学现代机构学研究中心常州213016

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序... 详细信息

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序单开链(SOC)的机构位置正解的建模方法及其数值解;其次,通过导出机构位置反解及算例,验证了正反解求解的正确性;再次,分析了该机构位置工作空间的形状大小及工作空间Z向各截面形状;然后,对机构的奇异位形进行了分析,得到其发生三类奇异的条件;最后,设计了该机械手样机的三维CAD模型。研究结果表明,2-RPaRSS机械手比H4、I4R、Cross-Ⅳ结构简单,且具有更大的工作空间和更好的动平台转动能力。

关键词：非全对称并联机构方位特征方程耦合度三平移一转动正向位置

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含双驱动五杆回路的弱耦合并联机构的型综合

农业机械学报 2021年

作者：朱小蓉李世杰周宇东沈惠平常州大学机械工程学院

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法，对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路的拓扑组成及拓扑特征；设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链；基于综合的复杂... 详细信息

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法，对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路的拓扑组成及拓扑特征；设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链；基于综合的复杂支链，构造了3种3支链和2种2支链的3T1R并联机构、2种4支链和4种3支链的3T2R并联机构，以及2种4支链和2种3支链的3T3R并联机构；对这15种新构型进行了拓扑结构特征分析，得到其所包含的独立回路数、过约束数、耦合度等。结果表明，综合的机构大多结构简单、紧凑，且耦合度低，有利于后续的运动学、动力学建模与分析，具有较好的应用前景。

关键词：并联机构方位特征方程双驱动五杆回路型综合弱耦合

基于序单开链法的并联机器人结构分析程序化研究

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基于序单开链法的并联机器人结构分析程序化研究

作者：陈超南昌大学

学位级别：硕士

本文基于序单开链机构结构理论,引入邻接矩阵来描述空间机器人机构的拓扑结构,并研究其结构自动分解的相关程序实现原理和算法。主要研究内容：(1)对空间机构结构的数学描述方法进行了探讨,提出了一种新的空间机构邻接矩阵表达式及自动... 详细信息

本文基于序单开链机构结构理论,引入邻接矩阵来描述空间机器人机构的拓扑结构,并研究其结构自动分解的相关程序实现原理和算法。主要研究内容：(1)对空间机构结构的数学描述方法进行了探讨,提出了一种新的空间机构邻接矩阵表达式及自动提取拓扑特征信息的算法。该表达式能够完整得到空间机构的全部信息,并便于计算机的存储、识别和运算。(2)提出了适合程序实现的计算机构自由度和方位特征方程的算法,列出了空间机构常用运动链的方位特征方程表,便于以后结构分析时查找调用;(3)基于机构的耦合度算法进行了空间机构结构自动分解程序化实现的研究。提出了机构结构自动分解的算法及具体步骤。运用该算法对几种常见空间机构进行了结构分解,并给出了相应最佳分解路线,为机构的运动学和动力学分析建模奠定了基础。本文的研究意义是实现计算机自动分析机器人机构的拓扑特征,确定最佳分解路线为机器人结构分析与综合的系统软件开发打下基础,促进序单开链的机构结构理论的推广和应用。

关键词：并联机器人拓扑结构序单开链方位特征方程

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含双驱动五杆回路的弱耦合并联机构型综合

农业机械学报 2021年第10期52卷 434-442页

作者：朱小蓉李世杰周宇东沈惠平常州大学机械工程学院常州213164

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法,对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路拓扑组成及拓扑特征;设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链;基于综合的复杂支链,... 详细信息

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法,对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路拓扑组成及拓扑特征;设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链;基于综合的复杂支链,构造了3种3支链和2种2支链的3T1R并联机构、2种4支链和4种3支链的3T2R并联机构,以及2种4支链和2种3支链的3T3R并联机构;对这15种新构型进行了拓扑结构特征分析,得到其所包含的独立回路数、过约束数、耦合度等。结果表明,综合的机构大多结构简单、紧凑,且耦合度低,有利于后续的运动学、动力学建模与分析,具有较好的应用前景。

关键词：并联机构方位特征方程双驱动五杆回路型综合弱耦合

基于POC方程的三平移并联机构拓扑结构设计

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机械制造与自动化 2017年第5期46卷 134-137页

作者：杜康刘安心张晓南张筠松解放军理工大学野战工程学院江苏南京210007

基于方位特征集理论,研究了三平移并联机构拓扑结构设计的一般方法。基于串联机构POC方程及其运算规则,构造了末端构件包含三平移运动输出的各SOC支路,并根据拓扑等效原理扩展得到了满足设计要求的各HSOC支路;基于并联机构POC方程及其... 详细信息

基于方位特征集理论,研究了三平移并联机构拓扑结构设计的一般方法。基于串联机构POC方程及其运算规则,构造了末端构件包含三平移运动输出的各SOC支路,并根据拓扑等效原理扩展得到了满足设计要求的各HSOC支路;基于并联机构POC方程及其运算规则,确定了并联机构支路组合方案以及支路在并联机构上、下平台上的装配几何条件;分析了所得并联机构的拓扑结构特征,得到符合设计要求的三平移并联机构。

关键词：方位特征集方位特征方程并联机构拓扑结构设计

新型3T1R并联机器人机构运动学分析与参数优化

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包装工程 2021年第21期42卷 222-230页

作者：布挺焦文潭张刚王波洛阳理工学院电气工程与自动化学院河南洛阳471000 河南省嵌入式技术应用工程技术研究中心河南洛阳471000 河南省嵌入式技术应用工程研究中心河南洛阳471000

目的针对生产线码垛作业货物搬运需求,设计一种3T1R码垛并联机器人机构。方法利用方位特征方程分析机器人机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑结构特性。根据运动副的构型建立运动学逆解模型,考虑到码垛机器人运动范围的精度需求,... 详细信息

目的针对生产线码垛作业货物搬运需求,设计一种3T1R码垛并联机器人机构。方法利用方位特征方程分析机器人机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑结构特性。根据运动副的构型建立运动学逆解模型,考虑到码垛机器人运动范围的精度需求,采用一种新型的数值搜索法实现并联机构工作空间的快速高效搜索,同时,分析结构参数对工作空间体积的影响,选择鲸鱼优化算法对结构参数进行最优化设计。结果分析得到的机构工作空间较大且连续性较好,新型的数值搜索法可快速有效地搜索,得到准确的工作空间边界。结论优化后的并联机构具有良好的工作空间和较好的应用前景。

关键词：并联机器人方位特征方程精度数值搜索法工作空间边界