设计了一种新型含复合球副4-dof并联机构,求解了该机构的自由度。根据机构的结构特点,基于矢量法分析了该并联机构中各构件的运动。针对少自由度并联机构部分驱动分支中存在的约束力/矩,利用观察法判断这种并联机构中存在的约束力/矩。基于约束力/矩建立了此类机构的Jacobean矩阵,并推导了机构的Hessian矩阵,建立了含复合球副4-dof自由度并联机构的运动学模型。利用先进CAD软件对机构的运动学模型进行了验证。为含复合球副少自由度并联机构动力学分析和刚度分析奠定了基础。

在传统的球面加工中刀尖的运动轨迹非真正球面曲线,而是通过插补逼近球面曲线。提出了一类具有较大工作空间的三自由度球面并联机构(SPM),其末端执行器可以沿球面曲线运动,因而可以加工出理论上真正的球面。该类SPM拥有相同运动学模型。文中给出了机构的三种具体结构,涵盖过约束和非过约束两种类型。通过适当选择机构几何约束以及末端执行器的角速度和主被动关节变量之间的关系,利用关节向量构造特殊向量来简化机构速度与加速度分析模型并得到雅可比矩阵,然后据此分析了机构的奇异性。文中给出了实现两种特定轨迹下机构各分支主动关节的角速度和角加速度变化曲线。

针对7轴协作型库卡机械臂,对其工作空间内机械臂的奇异构型进行求解和仿真分析。首先,建立机械臂的运动学模型,得到其DH参数;然后,基于螺旋理论求解机械臂的雅可比矩阵,利用螺旋互反方法求解机械臂的奇异构型;最后,基于可操作度指标和最小奇异值指标,利用机器人工具箱对机械臂末端参考点的灵巧性进行分析。结果表明,7轴协作型库卡机械臂在其工作空间内存在4种奇异条件。仿真结果进一步验证了分析的正确性,为后续的机械臂奇异性避免算法研究奠定了基础。

研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解,通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式,建立刚度指标和综合灵巧度指标,得出刚度指标与运动支链传动角的函数关系并验证,可以实现通过传动角的变化规律来判断刚度性能变化。基于可达空间和雅可比矩阵,通过Matlab仿真获得了两种Delta机器人全可达空间的刚度特性和灵巧度特性,并对两者不同性能的原因进行深入探究。结果表明,在可达空间体积近似的情况下,直线驱动型Delta机器人的刚度性能更好,而旋转驱动型在运动性能方面更为优秀。

针对航空航天领域大型异构件复杂曲面的高速铣削加工的任务要求,提出了一种新型1T2R的三自由度含恰约束支链的冗余驱动4-PUS-UP并联机构.对并联机构进行运动学位置逆解,求该机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,进而构建量纲一致的雅可比矩阵.引入条件数、运动/力传递性能和刚度性能评价指标.通过算例绘制3-PUS-UP并联机构和该冗余驱动并联机构的性能分布图,并计算全域性能指标.结果表明：该冗余驱动并联机构的运动学性能优于3-PUSUP并联机构,具有更好的工程应用前景.

由于3UPS-RPR并联机构中间是一条RPR摆动支链,存在较大的工作空间与机构体积比,为了提高其力学灵敏度,进而提高其工作精度,对其进行静力学研究.采用闭环矢量法建立了该机构的逆位置模型,得到了逆位置解析解;在此基础上,运用反螺旋方法求得了该机构的完整雅可比矩阵;由虚功原理得到机构的输入与输出之间完整的力映射模型,建立静力学评价指标;最后,对力传递性能进行仿真,综合评估,得到机构优选的静动平台半径比姿在3~5之间,末端位姿参数琢范围-0.5~0.5rad,为机构后续静刚度分析和尺度综合奠定了基础.

混联机床是串、并联机构以及机器人技术的结合,兼顾了各自优点,已越来越多地应用于复杂工件的加工中。提出一种可完成五轴联动的混联机床,同时分析该机床加工过程的实现及原理;基于并联模块中杆长约束条件,构建加工过程中的运动学模型;并利用速度投影,求解出并联模块雅可比矩阵;结合拉格朗日方程以及雅可比矩阵,建立机床动力学模型。最后结合Matlab对理论分析结果进行数值计算,并在已知机床切削量的情况下,求解机床驱动端位移、速度以及驱动力输入情况;结合运动学结果,对机床工作空间进行了分析。结果表明,该混联机床具有良好的运动学、动力学以及大范围工作空间等性能,并能满足复杂零部件的加工,也为混联机床的开发和研究提供理论依据。

对采摘机器人机械手臂工作空间内的奇异位型进行了分析。首先,采用D-H参数,建立了采摘机器人机械臂的坐标系图,得到其正运动方程;其次,结合机器人手臂正运动方程,构造其雅可比矩阵,再基于雅可比矩阵,求解机械手臂出现奇异状态的所有构型情况,得到所有奇异点;最后,应用Robotics工具箱,基于可操作度灵活性指标和最小奇异值灵活性指标对机械臂的奇异情况进行仿真分析。仿真结果表明,研究的机械手臂共有3种内部奇异情况,同时验证了机械手臂奇异位型求解的正确性,为后续机械手臂的轨迹规划研究和奇异点规避研究奠定了基础。

为实现机械臂在工作过程中的自动化,以及提高机械臂在实际应用中的定位精度,基于修正后的D-H法对机械臂进行了运动学正解理论推导,进而求解出机械臂的雅可比矩阵。分别通过Matlab理论计算与ADAMS虚拟样机仿真得到机构末端的位移变化曲线,验证了所建运动学理论模型的正确性。该研究不仅为机械臂的自动化设计和精确定位提供了理论指导,也为机械臂的受力分析提供了参考。

提出一种新型矿用正铲液压挖掘机，其工作装置是一个复杂的多环耦合机构。采用修正的Griibler-Kutzbach公式分析工作装置的自由度，得出该工作装置能够满足正铲作业要求，可以实现两个移动和一个转动。基于运动链环路理论，建立通用的机构运动学分析框图，并且利用该框图对机构进行运动学分析。基于运动学正解分析矿用正铲液压挖掘机的水平挖掘时理论可达的工作空间，得