针对并联机构运动过程中普遍存在的耦合问题,以一种具有三自由度的3-RRR低耦合度平面并联机构为实例,利用有序单开链法原理对该机构的拓扑结构、耦合度以及位置进行分析,基于SolidWorks软件绘制该机构的3D动态模型,利用该动态模型直观、清晰地分析机构在不同运动状态下的奇异位形,并获得了运动奇异产生的几何条件。通过MATLAB对机构运动学进行仿真分析,获得该机构的速度、加速度曲线,对3-RRR并联机构运动学分析具有较好的辅助作用。

首先介绍了一类具有1T2R的3-RSR并联机构,并对该机构的自由度、奇异位形、位置求解、工作空间等进行分析;然后利用基于螺旋理论(反螺旋)的自由度分析原理结合动平台约束分布给出了机构约束类型,并获得了运动奇异产生的几何条件;接着通过数值法给出了该机构位置逆解公式,并通过具体求解步骤导出了位置正解的公式;最后将实例分析中的具体数值代入位置求解公式中,并利用AutoCAD软件绘制出该机构的工作空间。所提方法为机构运动学分析提供了理论依据。

介绍了一类具有三平移的3-RRC并联机构,并对该机构的自由度、位置正逆解、工作空间、奇异位形进行分析计算;利用基于螺旋理论(反螺旋)的自由度分析原理结合动平台约束分布给出了机构在任一位形下的自由度,并获得了运动奇异产生的几何条件;给出了位置分析的逆解析解,导出了位置正解的公式,并给出具体求解步骤;利用有逆解的充分必要条件推导出了工作空间;对主动件锁住后形成的新机构进行自由度分析从而得到约束奇异产生的几何条件。

提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行。基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度。用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形。由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构用于不规则曲面雕刻机的应用实例。实验研究表明,该机构可以满足雕刻的需求。

提出了一种新型面对称两移动两转动2RUPaR-2RRU并联机构,应用旋量理论分析其自由度,并确定了其运动特性。该机构可作为振动筛的本体结构。建立机构位置分析模型,得到位置逆解解析表达式;应用矢量法分析机构速度,得到输入、输出Jacobian矩阵,并据此分析了机构奇异位形;应用输入、输出传递指标评价机构运动和力传递性能,给出有效传递姿态工作空间和有效传递位置工作空间(Effective transmission positional workspace,ETPW)的定义和数值计算方法。以ETPW最大为目标,建立机构尺度参数约束优化模型,并应用差分进化算法求解该问题;给出了机构尺度优化设计实例。结果表明,模型和算法可行有效,优化后的机构ETPW明显增大。

针对一种平面二自由度并联机构进行运动学分析,研究机构两类奇异位形的出现条件及奇异姿态,并全面讨论了机构两种运动学反解模型下存在的各种理论工作空间的形状及内接矩形面积的计算公式。通过一种量纲一化的参数模型,将机构运动学参数的无限设计空间转化为一个有限的设计面域,并绘制了最大矩形工作空间的性能图谱。利用该图谱,有效指导了机构运动学参数的优化设计。

采用四元数法描述6—SPS机构位姿矩阵,并把该矩阵和矢量坐标扩展为4维形式,通过推导无间隙机构的运动方程,得到了机构运动的新型雅克比矩阵JA和JB;在此基础上,利用连续接触模型得到了含间隙6—SPS机构的运动系数矩阵J（AS）和J（BS）。分别把J（AS）和J（BS）的行列式展开,得到含间隙机构第一类奇异和第二类奇异的轨迹方程,利用MATLAB得到了机构在给定位置时的第一类位姿奇异轨迹和第二类位姿奇异三维轨迹曲面。通过把两类含间隙机构奇异轨迹曲面的比较,发现机构间隙对第二类奇异的影响大于对第一类奇异的影响;以无间隙机构奇异轨迹曲面上奇异点作为参考点,通过含间隙机构奇异轨迹曲面上与参考点相对应奇异点的相互比较,发现在参考点附近存在一个关于参考点的奇异域。

3-RPUU是一种含UU支链的对称六自由度并联机构,通过计算其瞬时运动螺旋,分析了该机构的奇异位形。首先根据机构几何参数、输入量与动平台输出量计算了支链运动螺旋;然后采用封闭式矢量法,并结合各运动副回转轴线的几何关系,求出机构的位置反解与回转轴线的方向角,进而确定了动平台任意位姿时各运动副的瞬时运动螺旋;最后,根据瞬时运动螺旋推导了机构的奇异位形产生条件,并通过实例证明其适用性。

通过对Tripod并联机器人的结构进行分析,建立单支链分析模型,利用几何分析法对机器人的运动学进行反解分析,获得运动学反解表达式。在反解分析基础上求解运动学正解解析式,并利用牛顿迭代法的数值方法计算出运动学位置正解,结合具体实例利用MATLAB软件编程来验证运动学分析的可行性。为了进一步研究机器人的工作性能,根据运动学反解对机器人的工作空间进行分析,并根据机器人雅可比矩阵探讨了机构存在的3种奇异位形,最后结合机构尺寸参数利用MATLAB软件编程绘制其工作空间图。

提出一种3自由度无耦合空间移动并联机器人机构,该机构由动平台、静平台以及连接两平台的3条具有相同结构的分支运动链组成。基于螺旋理论分析机构的运动输出特性,推导出机构位置、速度以及加速度的解析表达式;由于其雅可比矩阵为3×3阶对角阵,表明该机构的输入运动和输出运动呈一一对应的关系。利用Matlab和SolidWorks软件绘制出虚拟样机的位移、速度、加速度仿真曲线,验证了理论分析的正确性。最后,对机构的奇异性和工作空间进行了分析。