提出了一种二自由度空间8R并联机构用于人体髋关节康复。建立空间8R并联机构模型,运用螺旋理论对机构的初始位形及一般位形进行分析;采用D-H法建立空间8R并联机构的几何模型和运动学方程,得出了机构的运动学方程;运用Adams软件和理论计算共同验证了空间8R并联机构运动学方程的正确性,得出了机构在不同运动下,一个周期内的角位移变化规律。此空间8R并联机构性能稳定,能够进行平稳运动,可以有效提高髋关节康复效果。

针对于当前货物分拣费时、费力、准确度低等问题,提出了一种UPS/UPR/SP并联机构,考虑将其应用于包装分拣领域以解放双手。首先,采用螺旋理论分析了UPS/UPR/SP并联机构的自由度,并基于改进的Kutzbach-Grübler公式对该机构的自由度进行了分析和验证;然后,采用粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)以及封闭矢量法对该机构的位置正逆解进行求解,并运用极限搜索法在Matlab软件中求解出该机构的可达工作空间;最后,将该机构具体应用于位置累计精度要求高的快递分拣工作中。结果表明,UPS/UPR/SP并联机构具有二转动一移动3个自由度,动平台末端运动精确,工作空间连续且无间断;研究的机构运动灵活,完全满足快递物流的货物分拣工作。

提出了一种基于4-CRR并联机构的玉米穴播机。运用螺旋理论求解4-CRR并联机构的自由度,采用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证;采用等效平面投影法求解该机构的位置逆解,推导出机构的Jacobian矩阵并对其进行了速度分析;对应用于穴播机的4-CRR并联机构的杆长取值范围进行分析,通过极限边界搜索法求解了杆长为250 mm的机构的工作空间。该机构动平台可实现沿3个坐标轴方向的平移运动,工作空间内部连续,可在穴播机下方形成一个300 mm×300 mm的可调整播种区域。基于4-CRR并联机构的穴播机可根据田间土壤情况的不同,灵活调整播种位置,改变种植密度,达到玉米增产增收的效果。

针对物流行业需要对大量商品快速分拣、包装的需求,提出了一种(2-RRR&RPR+R)&URS型4自由度并联机构,该机构由静平台、动平台、URS支链、以及与带有R副的连接平台相连接的两条RRR支链和RPR支链组成。首先,运用螺旋理论对机构自由度进行分析,求得该机构可实现两转两移的4自由度运动;随后,采用解析矢量法对其进行位置逆解分析,运用数值搜索法并结合位置逆解方程求得工作空间,分析了机构的工作性能;最后,通过Matlab对位置逆解方程进行仿真,并利用Adams对求解结果进行验证,验证了机构逆解模型的正确性以及机构运动的可实现性。结果表明,该机构能沿X轴方向大范围移动,在Y轴方向可实现大角度转动,可以代替物流行业的人工操作,提高工作效率。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。

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。

提出一种由空间三自由度并联机构和二自由度运动平台组成的混联机床构型，运用螺旋理论分析机构的运动原理，算出了自由度，对机构驱动输入的合理性进行验证。采用闲环矢量法和速度映射关系，对该机床的运动学特性分析，给出了该机构的位置逆解，确定驱动杆和动平台之间的位姿关系。在此基础上，分析了速度性能及姿态空间，得到机构速度Jacobian矩阵。通过运动学仿真，验证了机床运动学分析的正确性，研究表明，具有该结构的机床具有较大的工作空间，实现对大型工件的精密加工。

针对一种新型大功率滚动式汇流环装置，利用三维软件Solidworks中进行参数化建模，然后导入有限元软件Ansys Workbench后进行静力学分析，得到了内、外环上接触应力的分布情况；在此基础上，利用Response Surface Optimization模块来分析联结器半径的变化对接触区域应力的影响，得出了接触应力与联结器半径值之间的变化关系。然后对汇流环装置进行模态分析，得到汇流环装置的一到六阶固有频率和振型，在模态分析基础上对其进行谐响应分析，得出联结器在x，y，z轴方向的位移响应曲线。结果表明：汇流环装置的各阶固有频率均小于工作频率，激振力频率与汇流环装置的5．6阶固有频率接近时，联结器容易发生共振。该汇流环装置结构具有较好的动态特性，验证了汇流环装置结构设计的合理性，为汇流环装置结构的优化设计提供了理论依据。

提出一种通过BP神经网络求解并联机构位置正解的方法。根据BP神经网络的算法,采用了3层前向神经网络。对3-CRS/SP并联机构建立旋转矩阵求得该机构的位置逆解。将位置逆解所得数据作为神经网络的输入,将求解位置逆解的动平台位姿包含4个参数值作为输出,进行神经网络的训练。仿真和实验结果表明,该方法对于求解并联机构位置正解快速有效;相对于解析法,该方法直观简洁,能够为并联机构的控制过程提供数值参考。

刚性子链的判断是运动链型综合中的一个难题,通过分析运动链中各个闭合回路运动子链的自由度,提出了判断运动链中是否含有刚性子链的方法。根据运动链中各个基本回路的组成关系,提出了运动链基本回路矩阵的建立方法。通过对基本回路矩阵进行运算可得出运动链的各个组合闭合回路,结合刚性子链的判别方法,得出运动链是否含有刚性子链以及组成刚性子链的闭合回路。通过基本回路矩阵的运算,将组成刚性子链的闭合回路消去,得到了不含刚性子链的运动链。最后采用计算机编程,实现了运动链中刚性子链的自动辨别及消除。

基于人体关节运动机理和可重构理念,提出一种P(2-RPS)&U可重构康复机构,通过锁定运动副,改变动平台的运动方式,可以分别实现对人体肘关节、膝关节和踝关节的康复训练。分析了P(2-RPS)&U可重构康复机构的位置逆解,并基于螺旋理论分析了该机构的位置奇异性,得到机构的两个奇异位置,通过添加驱动的方式避免了奇异位置的发生。使用Adams软件对P(2-RPS)&U可重构康复机构进行运动学仿真,仿真结果表明,该机构能够较好地达到人体肘关节、膝关节和踝关节康复运动的范围,满足受损关节的康复需求。