为满足盾构管片姿态微调需要,提高拼装精度及效率,提出基于3-SPS/1-S张拉整体并联机构设计管片拼装微调机构。给出总体方案及构型分析,机构仅有3个转角自由度,可实现管片横摇、俯仰及偏转动作。重点研究机构位置反解、正解及工作空间。运用RPY法推导旋转矩阵,得到位置反解表达式;给出位置正解的变步长搜索求解法;基于工作空间约束方程,分析体积求解方法。数值验证结果表明(1)位置反解易求且具有唯一性;(2)位置正解不唯一,共有29组解值;(3)给定球铰最大转动值为35°,工作空间体积为0.768rad3。该机构可满足管片姿态微调要求,具有一定指导意义。

通过对串联机构、并联机构工作空间分析方法的梳理,提出一种基于支链关节运动能力逆向综合的解析作图分析新方法。提出将并联机构分解成串联支链,然后把串联支链从输出末端到固定端以关节插件形式逆向组装,将每一次组装后得到的关节或串联机构的末端工作空间运动能力的空间几何形体作为母线/母体/母面,以组装关节轴线为基线,借助三维CAD软件工具,得到整个支链末端工作空间运动能力域,并给出其一般方法和步骤。将各支链末端工作空间运动能力域在固定坐标系下的空间位置进行重置,求取其交集,从而得到并联机构输出末端参考点的可到工作空间。并以机构为实例证明该方法的有效性,当改变并联机构静平台尺寸保持不变,动平台各关节距离其形心的尺寸参数发生改变时,并联机构输出末端工作空间形状相似,但体积大小随着距离的增大而减小。...

提出基于坐标变换的虎克铰运动范围求解方法,建立了虎克铰两个旋转副转角的约束关系。结合支链双端虎克铰Hexaglide并联机构特点,对虎克铰两旋转副在并联机构任意位姿下的摆角进行了求解,与虎克铰运动范围结合可判别该位姿下虎克铰是否会发生运动干涉。利用运动学逆解,结合虎克铰干涉判别、导轨长度限制、并联机构相邻支链干涉等约束,对零姿态下Hexaglide并联机构的位置工作空间进行了搜索。并与基于球铰的零姿态工作空间进行对比,得出了基于虎克铰安装方式对Hexaglide并联机构工作空间有较大影响的结论。利用CAD软件对基于虎克铰和基于球铰的工作空间进行了数字样机验证,验证了基于虎克铰运动范围的并联机构工作空间计算的正确性。

以一种对称、简单的3UPRR并联机构为研究对象,分析了机构的自由度、逆解、雅克比矩阵等运动学内容,根据极坐标迭代搜索法分别对机构的工作空间、灵巧度进行求解,最后以结合全域性能指标与全域性能波动指标的综合运动性能指标作为目标函数,利用遗传算法对机构结构参数进行尺度综合。仿真实验结果表明优化之后的机构具有较大而且对称的工作空间,且具有良好的运动性能,可以为3-UPRR并联机构的设计和运动规划提供一定的理论依据。

液压锚杆钻车作业时,需准确控制钻架钻头在工作空间中的朝向及其与巷道壁面之间的角度、距离等,对钻臂调整能力有极高要求。目前对液压锚杆钻车自动定位及自主路径规划的研究较少。针对上述问题,提出一种液压锚杆钻车钻臂路径规划方法。以CMM2−36型矿用液压锚杆钻车整机工作参数和钻臂结构为基础构建钻臂三维模型,在Matlab平台进行仿真模拟。采用连续路径规划方案,针对基于三次多项式插值法的钻臂关节角规划方法不能保证钻臂在始末位置的加速度为0的问题,采过五次多项式插值法对钻臂关节角进行规划。以巷道顶板为例,在顶板上设置32个钻孔定位点,设计了3种路径规划方案并进行对比分析,得出“工”字形路线距离最短,轨迹最合理。结合运动学理论构建D−H坐标系,对钻臂进行正逆运动学求解,采用蒙特卡罗法求解了液压锚杆钻车钻臂理论最...

以3UPU并联机构为研究对象,运用Solidwork建立机构的三维模型,根据方位特征集理论对机构的方位特征集、自由度、耦合度进行分析;同时求解机构的运动学逆解;采用一种新型数值分析法分析机构的工作空间;基于果蝇优化算法(FOA)对3UPU并联机构结构参数进行优化。结果表明:3UPU并联机构具有较大的工作空间且工作空间存在空洞。优化后的参数为后期样机研制、轨迹规划提供了依据。

设计了一种2RRPaR+PPaP三平移空间并联机构,推导了该机构的位置正反解方程和雅可比矩阵。以工作空间和全局灵巧度为优化目标,建立优化数学模型。以工作空间散点数目最多和全局灵巧度值最大为原则,采用差分进化算法进行优化设计,得到机构的最优参数。通过比较优化前后机构的工作空间和灵巧度值,结果表明,优化后机构的运动性能得到较大改善,为该机构的设计及应用奠定了基础。

采用空间机构螺旋原理,分析了3-UPU并联机构的构型和纯平动特性。给出了连续型多项式代数拓扑法,构建3-UPU并联机构的正运动位置解的非线性方程组,并对方程组进行计算。该方法无需给定值就能有效逼近并联机构非线性方程组的解,且可解决方程组求解时出现的分叉和散度问题,对超越问题的解析具有重要的参考意义。基于Matlab/Simmechanics构建3-UPU并联机构PID控制模型并分析其工作空间,验证并联机构构型设计中螺旋理论应用的准确性。该方法对求解多自由度并联机构运动学问题有切实可行的借鉴意义。

针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案,该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动,其运动主体为一种混联机构,由三组平行四边形连杆机构构成,采用三组液压缸并联驱动,可有效增大机器人工作空间,使负载分配合理,易于控制。建立了运动学和动力学模型,采用正弦曲线将机器人夹钳末端的位移规划为直线运动,在MATLAB中求解出机器人的工作空间,得到了直线运动下各组液压缸的位移和驱动力变化曲线,验证了该模型的正确性和机构的合理性,为重载锻造机器人机构设计提供了一种解决方案。

针对机器人关节中普遍存在的运动耦合、运动不够平稳、输出力矩小等问题设计了一种径向配油的单叶片转角自伺服液压摆动缸将其作为液压机器人关节的驱动机构该液压摆动缸具有运动平稳、输出力矩大的优点且其降低了液压机器人关节尺寸。通过ADAMS对三自由度解耦液压自伺服关节进行运动解耦性分析验证然后利用MATLAB/Simulink仿真记录三自由度液压自伺服关节末端所能到达的空间轨迹最终绘制出该三自由度液压关节的工作空间。仿真结果表明该三自由度液压自伺服关节具有运动平稳、输出力矩大、运动解耦、工作空间大的特点。