以3-RPR平面并联机构为研究对象,通过设计一种在驱动、被动和锁定3种状态之间相互切换的移动副和转动副锁定装置,实现机构的重构。对重构前、后机构的静刚度特性进行理论建模和软件仿真。通过锁定任意两个运动副的方式,实现机构的拓扑重构。根据动平台的运动状态对锁定方式进行分类,并建立机构的反向运动学模型。对机构的雅克比进行推导,并基于虚功原理,推导静刚度矩阵。最后,对重构前、后的机构进行静力学虚拟实验,对比分析实验数据。结果表明拓扑重构可以提升平面并联机构的静刚度性能。特别地,动平台做定轴转动时,其静刚度的提升效果尤其明显。这为少自由度可重构并联机构的性能评价和参数优化提供了理论依据。

针对变形三浦折纸机构设计的连续型机械臂的刚度调节问题,探讨了几何参数对折纸机械臂刚度的影响。首先,基于杆铰模型法,保持3组折纸机械臂模型的锥角、长度一致,对机械臂施加压力,利用Matlab仿真程序分析了机械臂在伸展和收缩状态下的弯曲刚度,计算出相应的弯曲刚度比。结果表明,当机械臂端面多边形的边数从5增加到7时,弯曲刚度比随着多边形边数的增加而增加,可实现折纸机械臂在伸展状态下具有刚性、在收缩状态下具有柔性。其次,利用虚功原理对折纸机械臂的力-位移关系进行建模,明确了锥角与机械臂负载受力的关系。最后,分析了3组锥角不同的折纸机械臂。结果表明,随着初始锥角的增加,抵抗外力的性能并不是一直增强,即锥角的变化会对机械臂的负载性能产生影响。

针对机器人末端执行器机械手多功能化的需求,提出了一种多模式抓取欠驱动手。该机械手基于欠驱动理论,解决了传统复合欠驱动手存在的结构复杂、控制元件多、适应能力不强等缺点。介绍了多模式抓取欠驱动机械手的结构组成和运动过程,建立了欠驱动手的数学模型;根据几何关系对机械手进行运动分析与适应性分析,并求得机械手抓取的参数范围;在不同的抓取模式下,分别对机械手进行受力分析,利用虚功原理,计算出理论输出力。虚拟样机仿真实验表明,该机械手无需安装受力传感器及复杂的控制系统,可实现平夹和包络两种抓取模式,验证了设计的可行性。

针对目前轨道式巡检机器人伸缩机构存在的不足,在对巡检机器人伸缩机构运动要求分析和运动方案对比的基础上,提出了一种新型剪式自动伸缩机构,介绍了该剪式自动伸缩机构的构型设计、结构组成和控制方案设计,利用虚功原理对剪式伸缩机构进行了动力学分析,并在ADAMS中完成伸缩机构的动力学建模和仿真分析,获得机构的运动特征曲线。利用该剪式自动伸缩机构,在保证检测仪器升降运动平稳性的同时大幅度减少了高空处的巡检盲区,提高了轨道式巡检机器人检测过程的平稳性和检测范围的全面性。

介绍了一种新型的2PRS-2UPS四自由度并联工作台，应用螺旋理论得出了该工作台包含约束子矩阵与运动子矩阵在内的完整的6×6雅克比矩阵，并根据虚功原理得出工作台所受外力与驱动力和约束力之间的映射关系。少自由度并联机构与六自由度并联机构相比，少了一些不必要的自由度，具有结构简单、造价低、工作空间大等特点，在工业生产和其它领域有着更加广阔的应用前景[1]。

对由4部分T形杆铰接组成的刚架静力平衡问题,直接求解存在较多的未知约束力,需联立解方程组,过程较繁琐,虚功原理为这类刚架问题的求解提供了新的解法。在虚功原理法中,由于铰链处点属于铰接的2部分,其虚位移有2种表示形式,可得结构各部分的瞬心位置,并得到各支座力。

从虚功原理的要求和静不定结构的受力特点出发,指出将单位力加在静定基上的本质是构造了原结构的静力许可场,从而论证了“在静定基上加单位力来求静不定结构位移”这一方法的正确性．

本文介绍采用叠加法。

对一种正铲液压挖掘机进行动力学分析,运用虚功原理对工作装置进行动力学建模。基于Matlab对动力学模型进行数值计算,在给定负载情况下得到了铲斗在挖掘过程中3组液压缸的驱动力变化曲线。利用ADAMS仿真软件对该挖掘机工作装置进行动力学仿真,将仿真得到的结果与计算值进行对比,得到3组液压缸的驱动力误差曲线,误差在合理范围内,证明了动力学建模方法的正确性。

通过对新型五自由度混联机床机构((3-RPR+R)&UPS)+P的分析,在求得该机床机构的速度雅克比矩阵的基础上,得出各分支质心速度与动平台质心广义速度的映射矩阵,并应用虚功原理建立了该新型五自由度混联机床机构的动力学模型;最后结合算例,运用Matlab和ADAMS仿真软件对机床机构的理论动力学分析进行验证,所得结果验证了理论分析的正确性及可行性。