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具有连续转轴的3-RSR并联机构及其运动学分析

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机械设计 2019年第5期36卷 40-44页

作者：单彦霞李仕华李富娟田志立张建伟燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室河北秦皇岛066004 燕山大学里仁学院河北秦皇岛066004

对一种新结构3-RSR并联机构的连续转轴问题进行了深入研究;根据螺旋理论对机构进行了自由度分析,说明该机构具有2个转动自由度和1个移动自由度;采用单叶双曲面的数学理论简单、直观地推导了定动平台的对称关系,证明了该机构具有以对称... 详细信息

对一种新结构3-RSR并联机构的连续转轴问题进行了深入研究;根据螺旋理论对机构进行了自由度分析,说明该机构具有2个转动自由度和1个移动自由度;采用单叶双曲面的数学理论简单、直观地推导了定动平台的对称关系,证明了该机构具有以对称平面内任意直线为转轴进行连续转动,并沿对称平面法线方向进行连续移动的特性,便于对机构进行运动学标定和轨迹规划;根据机构的几何特性,利用对称平面的法向量来描述该机构的姿态矩阵,使其位置反解过程变得简单、新颖。基于该机构,提出了一种空间二维指向机构的新构型,可应用于雷达姿态调整机构等。

关键词：并联机构连续转轴螺旋理论单叶双曲面

基于线几何与螺旋理论的几种并联机构连续转轴的研究

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基于线几何与螺旋理论的几种并联机构连续转轴的研究

作者：田志立燕山大学

学位级别：硕士

连续转轴是指并联机构上平台能够绕着一条直线连续转动的转轴。当并联机构具有连续转轴时,其运动学标定、轨迹规划都会变简单,并且此种机构还能实现一些普通少自由度并联机构无法实现的轨迹等优点。研究并联机构的连续转轴可以促进并联... 详细信息

连续转轴是指并联机构上平台能够绕着一条直线连续转动的转轴。当并联机构具有连续转轴时,其运动学标定、轨迹规划都会变简单,并且此种机构还能实现一些普通少自由度并联机构无法实现的轨迹等优点。研究并联机构的连续转轴可以促进并联机构的应用,同时还可以提升我国的装备制造水平。由于现有的确定并联机构连续转轴的方法适用面窄,并且还要进行复杂的理论计算,本文试图找出一种简便易行并且适用面较广的方法,并对一个现有的具有连续转轴的并联机构进行研究,以便为该类并联机构的综合提供指导。本文研究的主要内容包括并联机构的连续转轴与并联机构的约束、连续转轴确定(或寻找)的新方法、一种具有连续转轴的3-RSR并联机构的连续运动特性、3-RSR并联机构的运动学等。第1章介绍了并联机构的研究现状以及并联机构的连续转轴的研究现状。第2章介绍了螺旋理论中一些定理的新的证明方法以及线几何的一些基础知识,并基于线几何得出了一些简单的结论。第3章介绍了一种新的较直观的确定并联机构连续转轴的方法,并用该方法研究了一些现有的3、4、5自由度并联机构的连续转轴。第4章采用第2章中得出的结论以及空间解析几何理论对一种具有连续转轴的3-RSR并联机构的连续运动作了证明,并研究了具有其他种类的约束可能存在的连续转轴。第5章对该3-RSR机构的运动学进行了研究,包括位置反解、工作空间、一阶运动影响系数。第6章介绍了一种新型的3-UPU机构连续转轴的证明,并对3-RSR机构进行了运动仿真。本文主要的创新是从线几何的角度研究了机构的约束螺旋系与转轴之间的空间几何关系;提出了一种比较简单的、直观的、适用面较广的确定并联机构连续转轴的新方法;利用线几何得到的约束与转轴之间的关系以及解析几何中的一些结论对3-RSR并联机构的连续运动作了证明,该证明方法同样适用于同种类型的其他具有连续转轴的并联机构;并得到了该3-RSR并联机构的较为实际的工作空间。从新的角度研究机构的连续转轴可以增加并联机构的基础理论,确定并联机构连续转轴的研究的简便易于操作的新方法可促进并联机构连续转轴的研究,在连续转动的证明中引入解析几何可为并联机构的连续转轴及其他方面研究提供借鉴。

关键词：并联机构线几何螺旋理论连续转轴正反解工作空间

一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

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机械工程学报 2018年第21期54卷 19-24页

作者：许允斗胡建华张东胜侯照伟姚建涛赵永生燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学)

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等... 详细信息

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。

关键词：混联机器人并联机构自由度连续转轴运动学模型

基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

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航空学报 2019年第6期40卷 283-293页

作者：许允斗赵云张东胜徐郑和姚建涛赵永生燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度(2R1T)并联机构(PMs)2RPU-UPR-RPR和2UPRRPU-RPR,然后提出了极限约束力螺旋系的概念,分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系,对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含... 详细信息

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度(2R1T)并联机构(PMs)2RPU-UPR-RPR和2UPRRPU-RPR,然后提出了极限约束力螺旋系的概念,分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系,对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构,建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型,并将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析,建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式,并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副,且所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。

关键词： 2R1T并联机构五自由度混联机器人约束力螺旋系运动副连续转轴

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2-UPR-SPR并联机构转轴分析

机械工程学报 2013年第21期49卷 62-69页

作者：李秦川柴馨雪陈巧红黄真浙江理工大学浙江省现代纺织装备技术重点实验室杭州310018 燕山大学机器人研究中心秦皇岛066004

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联... 详细信息

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。

关键词：并联机构自由度连续转轴瞬时转轴

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新型四自由度并联隔振系统的机构设计与分析

机床与液压 2023年第21期51卷 99-106页

作者：李亚晶岳义韦宝琛崔国华刘国兴上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为避免救护车内的病人受到车体振动带来的二次伤害,基于螺旋理论和全雅可比奇异性分析提出一种新型2-UPS-2-(RP-RR)U对称并联隔振装置,该机构具有2个转动自由度和2个移动自由度(2R2T)。运用螺旋理论方法,根据刚体转轴与约束螺旋的关系,... 详细信息

为避免救护车内的病人受到车体振动带来的二次伤害,基于螺旋理论和全雅可比奇异性分析提出一种新型2-UPS-2-(RP-RR)U对称并联隔振装置,该机构具有2个转动自由度和2个移动自由度(2R2T)。运用螺旋理论方法,根据刚体转轴与约束螺旋的关系,确定了动平台的两条连续转轴,其中一条转轴为固定转轴,与机构位形无关,过静坐标系原点且沿Y轴方向;另一转轴为任意转轴,与机构位形相关,过动平台两U副中心点,验证了该机构运动的连续性。运用闭环矢量法建立该机构的运动学逆解模型,结合边界搜索法在MATLAB中仿真出该机构的工作空间,验证了运动模型的正确性。

关键词：隔振系统并联机构全雅可比奇异性分析连续转轴

一种五自由度混联机器人的运动学解析建模与工作空间仿真

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机械设计与研究 2022年第2期38卷 82-87页

作者：陈文波岳义孟光陈伟杰崔国华韦宝琛潘颖上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海航天设备制造总厂有限公司上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了满足高刚度复杂结构件的高精度加工需求,提出一种2UPR/UPS/UP+AC五自由度混联机构。利用修正的K-G公式计算其自由度,然后基于螺旋理论,分析得到该机构的两条连续转轴,验证了运动的连续性。根据机构的运动特性,利用几何法和封闭矢量... 详细信息

为了满足高刚度复杂结构件的高精度加工需求,提出一种2UPR/UPS/UP+AC五自由度混联机构。利用修正的K-G公式计算其自由度,然后基于螺旋理论,分析得到该机构的两条连续转轴,验证了运动的连续性。根据机构的运动特性,利用几何法和封闭矢量法建立机构的运动学方程并利用半角公式解得运动学的解析表达式。利用空间搜索法,并基于机器人的运动学解析解得到末端参考点的工作空间,将理论工作空间与ADAMS仿真结果进行对比,验证了运动学模型的正确性,为该机构的尺寸参数优化、动力学建模与控制以及实际应用奠定了基础。

关键词：混联机器人连续转轴运动学解析解工作空间

基于并联机构的越野车辆发动机动态性能测试模拟平台构型综合与运动学分析

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燕山大学学报 2022年第3期46卷 208-215页

作者：单彦霞郭亚磊高雪原张建伟李仕华燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学里仁学院河北秦皇岛066004

针对越野车辆发动机动态性能测试需求,综合出了一种基于新型2UPS-2RPU-PU*冗余驱动并联机构的模拟平台。运用螺旋理论研究并联机构连续转轴存在且通过动平台中心的条件,提出一种具有连续转轴的2R1T并联机构综合方法,综合并优选出新构型2... 详细信息

针对越野车辆发动机动态性能测试需求,综合出了一种基于新型2UPS-2RPU-PU*冗余驱动并联机构的模拟平台。运用螺旋理论研究并联机构连续转轴存在且通过动平台中心的条件,提出一种具有连续转轴的2R1T并联机构综合方法,综合并优选出新构型2RPU-PU-UPS,该机构能够实现惯性较小的连续转动;分析机构的自由度性质和运动特性,证明该机构可以实现发动机不同工况下的运动耦合,更加接近实际路况;根据模拟平台重载需求,添加了无约束分支,并设计了剪叉机构分支,最终得到2UPS-2RPU-PU*机构;推导该机构的位置正、反解,并分析其工作空间和奇异性。所提出的构型有助于拓宽并联机构在模拟平台领域的应用,运动学分析对后续样机研制具有一定参考价值。

关键词：并联机构车辆模拟平台连续转轴螺旋理论冗余驱动

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一类两转动自由度完全解耦的三支链两转一移并联机构

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机械设计 2019年第5期36卷 25-29页

作者：许允斗仝少帅王贝刘宇姚建涛赵永生燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004 河北农业大学理工学院河北沧州061100

提出了含恰约束支链两转一移3自由度并联机构(2R1T)两转动自由度完全相互解耦的两个充分条件,设计得到了两转动自由度完全解耦的2R1T并联机构RRU-UUR-RPR和RPU-UPR-RPR,采用螺旋理论对机构自由度性质进行了分析,得到机构两条连续转动轴... 详细信息

提出了含恰约束支链两转一移3自由度并联机构(2R1T)两转动自由度完全相互解耦的两个充分条件,设计得到了两转动自由度完全解耦的2R1T并联机构RRU-UUR-RPR和RPU-UPR-RPR,采用螺旋理论对机构自由度性质进行了分析,得到机构两条连续转动轴线的分布。然后建立机构输入位移与位姿输出之间的映射模型,根据转动自由度完全解耦的数学描述,分析得到该机构两转动自由度是完全解耦的。最后比较分析了该类机构与其他两转一移三支链并联机构含有的被动单自由度运动副数目,该类机构含有的被动运动副数目仅为8,易于实现高结构刚度的目标,具有广阔的应用前景。

关键词：并联机构连续转轴完全解耦两转一移