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。

针对人们在提升重物中无法提供足够的力量,对可依附于人体的助力装置的迫切需求,提出了一种刚柔耦合的可穿戴式肘关节助力机构,为人体在提升重物过程中提供助力;解决目前传统的刚性机构笨重而不灵活,柔性机构在支撑人体质量方面有困难的问题。对机构的构型和特点进行了分析;基于螺旋理论进行了自由度计算,采用封闭矢量法进行了位置分析;运用Matlab绘制了柔索长度变化曲线图和柔索拉力变化图,得到了不同角度下的柔索长度值和拉力值;绘制了工作空间图,得到的工作空间内部连续,验证了运动学理论的正确性。该刚柔耦合肘关节助力机构运动性能良好,能够进行肘关节助力。

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。

以一种两转动一移动非对称2UPS-UP并联机构为研究对象,对其进行了性能分析和尺度参数多目标优化。机构自由度由恰约束支链UP确定,即机构可实现绕该支链U副中心的两转动运动和沿P副的移动运动。给出正逆向位置符号解,且正逆解具有部分运动解耦特性,有利于后续误差分析、轨迹规划与控制。应用矢量法推导出速度表达式,根据速度Jacobian矩阵分析了机构奇异位形。以旋量代数为工具,给出了机构运动和力传递性能评价指标。在机构性能评价和工作空间分析的基础上,建立了机构尺度参数昂贵约束多目标优化模型,并采用多目标进化算法求解该问题,得到多组Pareto最优解。

为研究并联机械腿运动性能指标和结构参数之间的关系,以PRPAS/2-PUPR并联机构为研究对象。根据步行机器人的工作任务确定机械腿的自由度,通过求解位置正逆解证明机械腿具有部分解耦性能,并通过蒙特卡洛法搜索出机械腿的工作空间。基于1阶影响系数矩阵和2阶影响系数矩阵得出机械腿的速度全域性能指标和加速度全域性能指标,并将结构参数数值化,得出较优的结构参数范围。最后,通过细化后的结构参数的性能指标,得出最优的机械腿结构参数。结果表明,性能指标可以对机械腿的结构参数进行精确优化。

以人机工程学原理与方法为依据,分析了人体腰关节的结构及运动特性;结合一种四杆运动限定机构,提出了一种能实现人体腰关节运动且具有运动分岔性的三转动混联机构的保健办公椅;并对其进行操作模式分析。结果表明,机构处于分岔奇异点时动平台瞬时自由度为3,此时采用冗余驱动的方法可将三转动模式转为两转动模式。最后,推导了混联机构在不同操作模式时的位置正解分析方程,结果证明,该机构具有完全解耦性。

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种1平移2转动(1T2R)六足农业机器人并联腿机构。首先,基于方位特征集方法,综合得到一批满足功能要求的并联腿机构;然后,根据农业实际应用需求,优选得到一种性能优越的机构,该机构具有结构简单、工作空间大、控制方便等优点;最后,对优选的机构进行了位置正逆解分析。分析结果表明,该机构正逆解简单,正逆解均可进行解析求解,且正解方程最多具有4组解。

首先,针对中医推拿手法中的推法、按法、揉法和滚法,分析了每一种推拿手法的特征,得出要实现这4种推拿手法机构所需的自由度;其次,根据机构所需的自由度,提出了机构的总体设计方案,并对并联机构执行器进行了拓扑结构设计与自由度分析;最后,讨论了并联机构的位置正反解,对并联机构进行了三维建模和运动学仿真。结果表明,该并联机构不仅结构简单、位置分析求解容易,而且能够满足上述各种推拿手法的要求,为后续中医推拿机器人的实际应用提供了理论支撑。