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基于方位特征方程的3T-1R并联机构的拓扑结构综合

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机械工程学报 2017年第21期53卷 54-64页

作者：杨廷力刘安心沈惠平杭鲁滨常州大学现代机构学研究中心常州213016 解放军理工大学野战工程学院南京210007 上海工程技术大学机械工程学院上海201620

以SCARA并联机器人的发展为背景,用提出的基于方位特征(POC)方程的并联机构结构综合方法,详述可实现三维平动和一维转动(3T-1R)的并联机构拓扑结构综合的完整过程,给出了13种拓扑结构类型(包括现有的3种SCARA并联机器人构型)及其分类,... 详细信息

以SCARA并联机器人的发展为背景,用提出的基于方位特征(POC)方程的并联机构结构综合方法,详述可实现三维平动和一维转动(3T-1R)的并联机构拓扑结构综合的完整过程,给出了13种拓扑结构类型(包括现有的3种SCARA并联机器人构型)及其分类,从中还可进一步衍生出具有实用价值的新机型。基于POC方程的并联机构结构综合方法,每一步都有确定的公式或准则,思路清晰、操作方便。

关键词：并联机构三平移一转动输出结构综合方位特征单开链自由度

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完全解耦二移动二转动并联机构结构综合

农业机械学报 2013年第8期44卷 250-256页

作者：张彦斌吴鑫河南科技大学规划与建筑工程学院洛阳471003 河南科技大学机电工程学院洛阳471003

基于混联机构概念和互易螺旋理论提出了完全解耦二维移动二维转动(2T2R)并联机构结构综合的方法,得到106种机构。综合出的机构有两条分支运动链直接与动平台和静平台相连,其中一条为单开链,另一条为混合链。所有机构速度雅可比矩阵均为... 详细信息

基于混联机构概念和互易螺旋理论提出了完全解耦二维移动二维转动(2T2R)并联机构结构综合的方法,得到106种机构。综合出的机构有两条分支运动链直接与动平台和静平台相连,其中一条为单开链,另一条为混合链。所有机构速度雅可比矩阵均为对角阵,即动平台的输出速度与4个主动副的输入速度之间存在一一对应的映射关系,故此类机构运动学解完全解耦,克服了一般并联机构耦合性强、控制复杂的弱点。

关键词：并联机构结构综合互易螺旋理论完全解耦混联机构

机器人机构结构综合方法的基本思想、特点及其发展趋势

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机械工程学报 2010年第9期46卷 1-11页

作者：杨廷力刘安心罗玉峰杭鲁滨沈惠平石志新中国石化金陵石油化工公司南京210042 解放军理工大学工程兵工程学院南京210007 南昌大学机电工程学院南昌330031 上海工程技术大学机械工程学院上海200030 江苏工业学院机械与能源工程学院常州213016

对机器人机构结构综合3种方法(基于螺旋理论的方法、基于位移子群/子流形的方法和基于方位特征的方法)的基本思想与特点进行比较研究。研究表明,基于方位特征的方法具有显著的特点:可得到非瞬时机构和非瞬时自由度,机构存在的几何条件... 详细信息

对机器人机构结构综合3种方法(基于螺旋理论的方法、基于位移子群/子流形的方法和基于方位特征的方法)的基本思想与特点进行比较研究。研究表明,基于方位特征的方法具有显著的特点:可得到非瞬时机构和非瞬时自由度,机构存在的几何条件具有一般性(以上不同于基于螺旋理论的方法);结构学基本方程揭示了机构的拓扑结构、运动方位特征和自由度三者之间的显式映射关系,运算规则较少,且几何意义明确,易于操作,只使用简单的数学工具(矢量代数等),便于设计者理解和应用,适用于所有机构(不含Bennett等一类机构)的结构综合(以上不同于基于位移子群的方法)。研究亦表明,基于单开链单元的结构组成原理,构建机构结构学、运动学和动力学三者密切相关的系统理论与方法是机构拓扑结构学发展的重要方向之一。

关键词：机器人机构结构综合运动学动力学

基于图论的齿轮连杆移栽机构结构综合与应用研究

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基于图论的齿轮连杆移栽机构结构综合与应用研究

作者：陈旋浙江理工大学

学位级别：硕士

钵苗移栽相比传统毯苗移栽,具有无缓苗期,成活率高,返青快等显著优点,是目前世界上最主要的农作物增产方式,不同的移栽对象具有不同的移栽轨迹形状和姿态要求,近年来,国内外对移栽理论的研究不断深入,移栽要求也不断提高,越来越多的复... 详细信息

钵苗移栽相比传统毯苗移栽,具有无缓苗期,成活率高,返青快等显著优点,是目前世界上最主要的农作物增产方式,不同的移栽对象具有不同的移栽轨迹形状和姿态要求,近年来,国内外对移栽理论的研究不断深入,移栽要求也不断提高,越来越多的复杂的移栽轨迹被提出,而传统的单行星架两级非圆齿轮移栽构型已经难以满足设计应用的需求。齿轮连杆式移栽机构相比于轮系式移栽机构,由于运动中增加了连杆机构的往复运动特性,使其具有更强的移栽轨迹描述能力,可更好地满足多样化的作物移栽所需的动作和轨迹要求。本文为完整地获得能实现钵苗移栽的齿轮连杆组合式机构构型,采用拓扑图表示机构与功能点确定的方法进行移栽机构结构综合,并对特定的移栽机构进行了设计应用与试验。本文主要分为以下四个方面:1.结合钵苗移栽机构的研究现状,深入分析了单行星架两级轮系式构型的局限性,对结构综合与移栽机构的国内外研究现状进行了论述,进而提出了齿轮连杆移栽机构结构综合,并确定了本文的研究内容。2.对齿轮连杆机构进行分析,得出其基本元素数量关系表,并根据机构元素数量关系利用邻接矩阵插值进行单色图综合,并在此基础上展开双色图综合,对综合结果进行刚性子链判别、同构判别、结构合理性判别以及功能同构判别,编写双色图绘制程序,得到所有结构合理的齿轮连杆双色图。3.根据移栽机构的结构特性,制定了单自由度齿轮连杆移栽机构筛选标准,即机架,输入,输出构件的选取规则,编写筛选程序对双色图进行筛选,最终得到了适用于移栽的齿轮连杆双色图。4.提出移栽机构优选法则,并选取两个双行星架构型进行移栽机构设计应用,对机构分别建立运动学模型,开发机构的辅助优化软件,通过人机交互的方法进行机构的参数优化,得到符合优化要求的移栽轨迹。根据参数进行移栽机构三维设计并仿真,最终加工物理样机,通过高速摄像机捕捉夹片尖点轨迹,将其与理论轨迹对比,验证了理论研究的合理性。

关键词：拓扑图齿轮连杆结构综合筛选钵苗移栽台架试验

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基于容错指标的空间单冗余机械臂结构综合

北京工业大学学报 2009年第7期35卷 865-869页

作者：赵京魏姗姗北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

为了增大机器人锁定故障关节后的容错空间,提高机械臂的容错性能,运用容错因子作为容错性能指标对机械臂进行了结构综合.基于反映机械臂相对容错性能的容错空间影响因子,提出冗余度机械臂结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使... 详细信息

为了增大机器人锁定故障关节后的容错空间,提高机械臂的容错性能,运用容错因子作为容错性能指标对机械臂进行了结构综合.基于反映机械臂相对容错性能的容错空间影响因子,提出冗余度机械臂结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机械臂具有最佳容错操作性能的臂长参数.利用空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性.

关键词：冗余度机械臂容错性能指标结构综合

基于图论的轮系式移栽机构结构综合与应用研究

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基于图论的轮系式移栽机构结构综合与应用研究

作者：刘发鑫浙江理工大学

学位级别：硕士

水稻钵苗移栽具有不伤苗、无缓苗期等优点,因此钵苗移栽是用来提高水稻产量的重要方式。移栽机构作为移栽机械的核心工作部件,模拟人工将秧箱上的苗取下并栽插到泥土中,其作业时的移栽轨迹和姿态将会直接影响栽植苗的质量与产量。随着... 详细信息

水稻钵苗移栽具有不伤苗、无缓苗期等优点,因此钵苗移栽是用来提高水稻产量的重要方式。移栽机构作为移栽机械的核心工作部件,模拟人工将秧箱上的苗取下并栽插到泥土中,其作业时的移栽轨迹和姿态将会直接影响栽植苗的质量与产量。随着移栽理论的发展,移栽的农艺要求和机构作业动作的复杂性逐渐提高,一些复杂的移栽轨迹相继被提出。对于复杂的移栽轨迹,目前应用较多的单行星架两级传动结构已经难以实现了。为系统地得到能实现复杂轨迹的轮系式机构,首先通过对双色拓扑图进行结构综合与筛选,然后对特定的移栽机构进行反求设计。本文的主要内容如下:1.首先分析轮系式移栽机构的研究背景,阐明单行星架移栽机构的局限性。之后对拓扑图同构判别、结构综合与轮系式移栽机构的现状进行论述。然后提出通过拓扑图的结构综合与筛选来得到新的移栽机构,并确定本文的研究内容和技术路线。2.基于对点的赋值与重新赋值的方式,提出单色拓扑图和双色拓扑图的同构判别方法。对判别方法的原理、所有同构对应方式的作用等进行详细说明,通过判别实例对判别方法进行阐述,并编写相应的判别程序。通过排列组合的方式对双色拓扑图(异构但运动学相同)的功能同构进行判别。3.分析双色拓扑图的结构,得到拓扑图点数与边数的关系,通过胚图插点的方式对所需的单色图进行综合。在单色图的基础上,通过加粗边以及标注字母层的方式对双色图进行综合。根据移栽机构的结构特性,提出双色图的筛选标准,对所得的双色图进行筛选后得到适用于移栽的双色拓扑图。4.选取一个筛选得到的双色图进行移栽机构的反求设计。根据选取的型值点用三次B样条曲线拟合得到移栽轨迹,通过四杆复演的反求方法,得到机构的总传动比曲线。通过对比研究发现现有的单行星架机构无法反求实现拟合的移栽轨迹,说明双行星架机构能实现更复杂的轨迹。根据移栽机构的结构对总传动比进行分配,得到各个齿轮的节曲线。5.根据设计参数,用Solidworks建立移栽机构的三维模型,通过中间格式导入到ADAMS中,对模型处理后仿真得到夹片尖端的移栽轨迹。通过3D打印完成样机的零件,装配完成后进行试验并通过摄像机捕捉得到夹片尖端的移栽轨迹,对比理论轨迹、虚拟仿真轨迹与试验轨迹,验证理论分析的正确性与结构设计的可行性。

关键词：拓扑图同构判别结构综合筛选移栽机构仿真试验

无奇异完全各向同性2T1R型并联机构的结构综合

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中国机械工程 2008年第3期19卷 277-281页

作者：张彦斌吴鑫刘宏昭张明洪西安理工大学西安710048 河南科技大学洛阳471003

提出了无奇异各向同性三自由度2T1R空间并联机构结构综合的一种系统方法。得到了24种新型无耦合并联机构方案和24种完全各向同性并联机构方案。在整个工作空间内,完全各向同性并联机构的主动副速度与动平台速度之间的线性映射雅可比矩阵... 详细信息

提出了无奇异各向同性三自由度2T1R空间并联机构结构综合的一种系统方法。得到了24种新型无耦合并联机构方案和24种完全各向同性并联机构方案。在整个工作空间内,完全各向同性并联机构的主动副速度与动平台速度之间的线性映射雅可比矩阵为3×3阶单位阵,因此机构不存在奇异现象。由于无耦合并联机构和完全各向同性机构实现了主驱动器与动平台速度的一一对应关系,从而解决了并联机构控制难的问题。给出了完全各向同性2T1R并联机构支路的构造设计原则。

关键词：并联机构结构综合无奇异完全各向同性雅可比矩阵

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基于容错性能的冗余度机器人结构综合

机械工程学报 2007年第10期43卷 82-88页

作者：赵京魏珊珊北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100022

构造退化条件数和容错空间影响因子两个容错性能指标,前者反映了某一故障时刻退化机器人的操作能力,后者反映了该故障时刻退化机器人相对工作空间的大小,它们可分别用来衡量机器人在故障时刻和故障后的容错操作能力。基于这两个指标,提... 详细信息

构造退化条件数和容错空间影响因子两个容错性能指标,前者反映了某一故障时刻退化机器人的操作能力,后者反映了该故障时刻退化机器人相对工作空间的大小,它们可分别用来衡量机器人在故障时刻和故障后的容错操作能力。基于这两个指标,提出冗余度机器人结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机器人具有最佳容错操作性能的臂长参数。给出平面3R和空间4R机器人的仿真实例,并就容错操作性能对各臂长的敏感度进行了分析。研究结果表明,机器人的容错操作性能对不与故障关节相连或只与一个故障关节相连的臂长具有较高的敏感度,在调节臂长时,应优先考虑这些臂长。另外,与平面机器人不同,空间机器人的这两个容错指标并不存在着很有规律的对应关系,相互的冲突也不那么明显,这说明使他们同步最优的可能性更大。

关键词：冗余度机器人容错性能结构综合

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基于支链自由度的并联机构结构综合

农业机械学报 2006年第2期37卷 97-101页

作者：马晓丽马履中周兆忠周建强江苏大学机械工程学院衢州学院机电系

以先进制造装备中的机器人工作台为应用背景,研究具有3、4、5自由度的并联机构结构类型。以并联机构各支链的自由度数为基础,以运动副的自由度及运动副形式为依据,综合出具有3、4、5自由度的支链类型和运动输出矩阵形式。同时给出连接... 详细信息

以先进制造装备中的机器人工作台为应用背景,研究具有3、4、5自由度的并联机构结构类型。以并联机构各支链的自由度数为基础,以运动副的自由度及运动副形式为依据,综合出具有3、4、5自由度的支链类型和运动输出矩阵形式。同时给出连接静、动平台铰链的几何结构,动平台运动输出类型。以并联机构的运动输出是各支链运动输出的交集为理论基础,提出并联机构的综合步骤,并以三平移一转动的4自由度并联机构为实例进行结构综合。通过ADAMS软件平台,对并联机构建模及仿真实验验证。

关键词：并联机构结构综合支链自由度运动输出矩阵