为提高工作效率,让机构得到最大化利用,提出一种新型混联机构3-PRS&3P。建立该机构的动、静坐标系,采用螺旋理论对此混联机构进行自由度分析,并通过修正的Grubler-Kutzbach公式,对该混联机构自由度进行验证,得到一致的结果;对混联机构进行运动学逆解分析和正解分析,采用余弦定理和空间坐标变换法对此混联机构进行运动学逆解分析,采用牛顿迭代法进行运动学正解分析。然后通过MATLAB软件编程和ADAMS软件进行数值算例仿真,验证了运动学正解和逆解模型的正确性。最后对该混联机构动平台2的运动范围进行分析,分析结果表明该混联机构动平台2具有较大的运动范围。

针对脑卒中患者的踝关节康复及训练,提出一种具有3R1T运动性能的脚踝康复机构。运用螺旋理论分析自由度,利用封闭矢量法求解位置逆解,运用Adams对混联机构进行了运动学分析;并计算了该机构在背伸、趾屈运动时最大转动角度误差值。结果表明,在限位装置的限制下,该机构可在踝关节安全运动范围之内完成患者所需康复运动及竖直方向的关节牵引运动。

针对混联机构兼具串并联机构优点的特点,提出一种新型3-UU/UPU+2P双层混联机构。首先,详细叙述了该机构的结构特性,并构建动、静坐标系;其次,基于螺旋理论对机构的自由度进行分析,并利用修正的G-K公式对自由度进行验证,得出该机构具有3个自由度且属于非瞬时机构的结论;然后,根据机构的运动特性,建立机构的运动学正解和逆解模型,并采用基于符号运算的微分变换法对机构的速度及加速度正解进行分析,通过具体的数值算例得出运动学模型的变化曲线,将理论计算结果与Adams仿真结果进行对比分析,验证了所构建运动学模型的正确性;最后,基于蒙特卡洛方法对该机构的工作空间进行分析,为机构的构型设计以及实际应用提供理论依据。研究结果表明,该机构具有较大的连续工作空间,且呈现一定的对称性。

针对目前快递行业所使用的并联机构运动空间较小、应用范围有限的问题,结合串联机构工作空间大、运动灵活等优点,基于2-UPR+RPU少自由度并联机构,提出一种2(2-UPR+RPU)串并联形式的混联机构,并对其进行位置逆解和工作空间分析,以期能够在工业生产中得以应用。首先,在SolidWorks中对该混联机构建模,利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着,应用连续法求解机构的位置反解;最后,运用CAD变量几何法在SolidWorks进行运动模拟并得到加工点轨迹数据,借助Matlab软件求出其工作空间。2(2-UPR+RPU)混联机构的工作空间范围较之单层并联机构增大很多,形状规则,呈对称分布。2(2-UPR+RPU)混联机构同时兼有串联机构的灵活性和并联机构的高刚度和精度,通过相应的程序控制,可以代替人工工作。

以人机工程学原理与方法为依据,分析了人体腰关节的结构及运动特性;结合一种四杆运动限定机构,提出了一种能实现人体腰关节运动且具有运动分岔性的三转动混联机构的保健办公椅;并对其进行操作模式分析。结果表明,机构处于分岔奇异点时动平台瞬时自由度为3,此时采用冗余驱动的方法可将三转动模式转为两转动模式。最后,推导了混联机构在不同操作模式时的位置正解分析方程,结果证明,该机构具有完全解耦性。

TRIZ理论已成为工程领域技术创新的研究热点,文中针对传统浇注机器人存在的问题,运用TRIZ理论描述了设计中存在的技术冲突和物理冲突,确定了对应的TRIZ冲突矩阵和解决原理,并应用物理矛盾分离原理、系统裁剪法及物场分析方法进行建模分析,给出了相应的结构设计方案,有效解决了传统浇注机器人灵活性差、负载小、浇注流量无法实时控制等问题。

针对当前3D打印装备存在工作空间大、运动/力传递性能差的问题,设计了一种悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。依据解耦原则,建立串联单元解耦支链;并利用串联支链构型构成解耦并联单元。依据机器人末端一般运动特征集设计三移两转混联解耦机构,确定第一类混联机构的组合方式;最终基于雅克比矩阵秩设计出悬臂式3D打印机三移两转混联解耦机构。实验结果表明,相对于传统的混联机构,设计的混联机构优质工作空间大、运动/力传递性能高、实用性较强。

针对现有上肢康复机器人具有惯性冲击大易造成患者二次伤害的问题,采用混联机构形式,设计一种绳牵引式上肢康复机器人的新构型。为保障该康复机器人的安全性和稳定性,采用ANSYSWorkbench对上肢康复机器人结构进行静强度分析与模态分析,并应用多目标遗传算法对支撑机架进行了轻量化优化设计。分析结果表明,相比较优化前,支撑机架总质量减少了48%,同时得到优化后整体机架的固有特性,为后期控制策略做准备。

根据成捆圆钢端面贴标的工程应用场景提出一种新型3T2R混联机构,该机构由3-RRP4RR并联机构和2自由度旋转串联机构串接而成。提出运用两次蒙特卡洛法相结合的办法求解混联机构工作空间。建立混联机构运动学模型,根据并联机构的几何关系得到反解方程,并确定并联机构工作空间的约束条件,采用蒙特卡洛法得到并联机构工作空间内的点集;根据坐标变换矩阵求得串联机构运动学正解及混联机构运动学正解,并将并联机构工作空间内的点坐标代入混联机构位置正解中,采用蒙特卡洛法得到混联机构的工作空间内的点集。

复位单元是全自动天平校准系统的重要组成部分,常用有串联和并联两种结构。为解决六自由度复位单元在大运动范围内、大载荷作用下的高精度复位问题,提出了一种“串联+并联+串联”的新型混联复位结构,并完成了系统整体结构设计。同时,对复位单元的关重件进行了有限元分析,仿真结果表明,混联复位结构满足技术指标要求,具有工程实施可行性。