基于逆雅可比矩阵的三转动弱耦合并联机构构型综合

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作者 牛云展 李富娟 +1 位作者 徐继龙 李仕华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期402-410,共9页

为获得承载能力大且容易控制的三转动并联机构,本文以逆雅可比矩阵中奇异向量的含义为切入点,将机构的运动耦合性与驱动力螺旋之间的空间几何关系建立联系,进而提出一种三转动弱耦合并联机构构型综合方法。首先,根据机构不同方向运动耦... 为获得承载能力大且容易控制的三转动并联机构,本文以逆雅可比矩阵中奇异向量的含义为切入点,将机构的运动耦合性与驱动力螺旋之间的空间几何关系建立联系,进而提出一种三转动弱耦合并联机构构型综合方法。首先,根据机构不同方向运动耦合性需求,构造逆雅可比矩阵,并以此推导各支链中驱动力螺旋需满足的空间几何条件;其次,根据驱动力螺旋与被动副运动螺旋之间的关系及约束螺旋与所有运动副运动螺旋之间的关系,得到支链中运动副的类型和布置条件,并对驱动副为机架副的支链进行了综合;进一步,制定了支链的选取和组合原则,基于上述原则,完成了三转动弱耦合并联机构构型综合;最后,通过对3个实例进行运动耦合性分析,验证了所提方法的正确性。 展开更多

关键词 三转动弱耦合并联机构 奇异向量 逆雅可比矩阵 驱动力螺旋

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一种新型弱耦合三平移并联机器人机构及其运动学分析 被引量：13

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作者 朱伟 戴志明 +3 位作者 刘晓飞 沈惠平 朱小蓉 何宝祥 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第13期1561-1566,1607,共7页

提出一种弱耦合2RRP_aR+PP_aP三平移操作机器人机构,分析了机构的自由度及拓扑结构特征;推导了机构的正逆解方程以及速度、加速度模型,根据速度雅可比矩阵,分析了机构的奇异位置;根据机构的逆解方程和主要约束,采用三维极坐标边界搜索... 提出一种弱耦合2RRP_aR+PP_aP三平移操作机器人机构,分析了机构的自由度及拓扑结构特征;推导了机构的正逆解方程以及速度、加速度模型,根据速度雅可比矩阵,分析了机构的奇异位置;根据机构的逆解方程和主要约束,采用三维极坐标边界搜索法绘制了机构的工作空间三维实体图和截面图;由ADAMS三维模型仿真和运动正解方程计算所得的位移、速度、加速度曲线基本一致,验证了运动方程的正确性。该机构解耦性好、结构简单、运动灵活,在纵向移动方向上具有部分解耦和工作空间大的优点,适合用作生产线自动操作手机构。 展开更多

关键词 弱耦合 并联机械 三平移 运动学分析

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一种非全对称低耦合度三平移一转动并联机构的设计及其运动学 被引量：3

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作者 沈惠平 许可 +1 位作者 杨廷力 邵国为 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期166-176,共11页

提出一种非全对称的三平移一转动(3T1R)的并联机构,并对其进行拓扑特性分析,发现其耦合度κ较大(κ=2),这表明其位置正解求解复杂。为此,对该机构进行拓扑结构降耦设计,得到一种低耦合度(κ=1)但基本功能(动平台输出方位特征和自由度)... 提出一种非全对称的三平移一转动(3T1R)的并联机构,并对其进行拓扑特性分析,发现其耦合度κ较大(κ=2),这表明其位置正解求解复杂。为此,对该机构进行拓扑结构降耦设计,得到一种低耦合度(κ=1)但基本功能(动平台输出方位特征和自由度)不变的降耦机构;然后,根据基于序单开链的机构运动学建模原理,给出了该降耦机构位置正解的一维搜索求解算法及其数值解;通过导出的位置反解公式,对该降耦机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。该降耦机构结构简单、制造容易、工作空间大、转动能力强。 展开更多

关键词 并联机构 三平移一转动 耦合度 结构降耦 特性分析

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一种三自由度弱耦合并联机构运动学分析 被引量：3

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作者 谢俊 左飞飞 +1 位作者 杨启志 李玉萍 《机床与液压》 北大核心 2022年第1期36-43,共8页

提出一种PRR+2-PRRU型两平移一转动并联机构,并研究其运动学特性。根据方位特征集理论分析并联机构的POC集、自由度和耦合度等机构拓扑特性;该机构耦合度为1,其构型为弱耦合设计。运用解析法进行位置分析,并通过MATLAB验证位置求解的正... 提出一种PRR+2-PRRU型两平移一转动并联机构,并研究其运动学特性。根据方位特征集理论分析并联机构的POC集、自由度和耦合度等机构拓扑特性;该机构耦合度为1,其构型为弱耦合设计。运用解析法进行位置分析,并通过MATLAB验证位置求解的正确性。在位置分析的基础上,分析了机构工作空间,并求解机构运动Jacobian矩阵。基于Jacobian矩阵评价机构输入-输出控制方式的解耦特性;该机构平动输入Y与平动输出x间存在耦合,3种输入-输出控制方式解耦。通过运动Jacobian矩阵计算机构速度与加速度,并使用ADAMS分析机构动平台的输出运动规律。 展开更多

关键词 并联机构 三自由度 弱耦合 解耦 运动学

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一种新型低耦合度非全对称三平移一转动并联机械手及其运动学分析 被引量：10

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作者 沈惠平 邵国为 +2 位作者 邓嘉鸣 孟庆梅 杨廷力 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第19期2289-2299,共11页

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序... 根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序单开链(SOC)的机构位置正解的建模方法及其数值解;其次,通过导出机构位置反解及算例,验证了正反解求解的正确性;再次,分析了该机构位置工作空间的形状大小及工作空间Z向各截面形状;然后,对机构的奇异位形进行了分析,得到其发生三类奇异的条件;最后,设计了该机械手样机的三维CAD模型。研究结果表明,2-RPaRSS机械手比H4、I4R、Cross-Ⅳ结构简单,且具有更大的工作空间和更好的动平台转动能力。 展开更多

关键词 非全对称并联机构 方位特征方程 耦合度 三平移一转动 正向位置

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含双驱动五杆回路的弱耦合并联机构型综合 被引量：4

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作者 朱小蓉 李世杰 +1 位作者 周宇东 沈惠平 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期434-442,共9页

根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法,对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路拓扑组成及拓扑特征;设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链;基于综合的复杂支链,... 根据基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计方法,对含双驱动五杆回路的并联机构进行了型综合。提出并分析了7种耦合度为0的双驱动五杆回路拓扑组成及拓扑特征;设计了含双驱动五杆回路的3T1R、3T2R、3T3R复杂支链;基于综合的复杂支链,构造了3种3支链和2种2支链的3T1R并联机构、2种4支链和4种3支链的3T2R并联机构,以及2种4支链和2种3支链的3T3R并联机构;对这15种新构型进行了拓扑结构特征分析,得到其所包含的独立回路数、过约束数、耦合度等。结果表明,综合的机构大多结构简单、紧凑,且耦合度低,有利于后续的运动学、动力学建模与分析,具有较好的应用前景。 展开更多

关键词 并联机构 方位特征方程 双驱动五杆回路 型综合 弱耦合

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基于单开链单元的三转动并联机构型综合及其分类 被引量：4

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作者 李少帅 罗玉峰 +2 位作者 石志新 谢冬福 刘振坤 《机床与液压》 北大核心 2019年第17期60-66,共7页

以单开链为单元,基于方位特征(POC)集理论,对三转动并联机构进行了型综合,给出了三转动输出并联机构型综合的一般步骤和具体实例。基于该理论方法得到了48种三转动输出并联机构,包括以前设计出的一些机构和部分新机构,并根据拓扑结构特... 以单开链为单元,基于方位特征(POC)集理论,对三转动并联机构进行了型综合,给出了三转动输出并联机构型综合的一般步骤和具体实例。基于该理论方法得到了48种三转动输出并联机构,包括以前设计出的一些机构和部分新机构,并根据拓扑结构特征对其进行了分析和分类。 展开更多

关键词 并联机构 型综合 方位特征集 三转动

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新型三转动并联机构的动力学分析 被引量：1

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作者 李蕊 代小林 +1 位作者 姜洪州 李洪人 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2010年第1期115-118,共4页

提出一种基于Stewart机构的新型三转动并联机构,该机构有三个驱动缸和三个拉杆,能实现三自由度的转动。建立该机构的运动学方程,推导其运动学反解的封闭解和运动学正解的数值解,然后建立系统的动力学方程,最后对其动力学特性进行仿真分... 提出一种基于Stewart机构的新型三转动并联机构,该机构有三个驱动缸和三个拉杆,能实现三自由度的转动。建立该机构的运动学方程,推导其运动学反解的封闭解和运动学正解的数值解,然后建立系统的动力学方程,最后对其动力学特性进行仿真分析。该新型并联机构在运动模拟领域具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 三转动并联机构 运动学方程 运动学分析

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基于并联机构弱耦合设计的多维减振模拟研究 被引量：1

9

作者 李德胜 张俊红 李维伟 《机械设计》 CSCD 北大核心 2014年第1期20-26,共7页

通过拓扑结构型综合设计,优选出一种用于多维减振的弱耦合6自由度并联机构,并进行了运动学位置反解分析与验证。采用多体动力学仿真方法,求解并联多维减振系统在瞬态冲击和稳态振动工况下的响应。最后用加速度振级落差评价减振性能,并... 通过拓扑结构型综合设计,优选出一种用于多维减振的弱耦合6自由度并联机构,并进行了运动学位置反解分析与验证。采用多体动力学仿真方法,求解并联多维减振系统在瞬态冲击和稳态振动工况下的响应。最后用加速度振级落差评价减振性能,并对上平台响应特性进行分析。结果表明,系统在振动发生方向减振效果明显,同时在其他方向衍生振动烈度数量级较低,时域响应特性曲线平滑。 展开更多

关键词 并联机构 弱耦合性 多维减振 加速度振级落差

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具有弱耦合无奇异特征的空间移动并联机构及运动学分析 被引量：4

10

作者 季晔 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2021年第1期36-39,共4页

针对并联机构输入/输出强耦合、存在奇异位形,影响实时控制的问题,设计一种弱耦合、无奇异空间移动并联机构,机构由两条CRR拓扑结构支链和一条UPS支链组成。利用螺旋理论分析了支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler... 针对并联机构输入/输出强耦合、存在奇异位形,影响实时控制的问题,设计一种弱耦合、无奇异空间移动并联机构,机构由两条CRR拓扑结构支链和一条UPS支链组成。利用螺旋理论分析了支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算了机构自由度。选取支链驱动副,锁住驱动副得到约束螺旋,通过约束螺旋是否满秩证明机构输入选取合理。建立机构输入、输出位置关系方程,得到了部分解耦的正、逆位置解析解;对位置关系求导得到机构的输入、输出的速度关系和雅克比矩阵。计算速度雅克比矩阵行列式,发现机构在正常运动条件下不存在奇异位形。根据机构结构参数,计算机构中心点的工作空间,可达区域连续且无空洞。利用五次多项式对动平台中心点进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律。研究结果为机构动力学分析和实时控制提供理论基础。 展开更多

关键词 并联机构 弱耦合 无奇异 运动学 轨迹规划

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方位特征集法在三平移并联机构型综合中的应用 被引量：5

11

作者 余同柱 沈惠平 +3 位作者 邓嘉鸣 孟庆梅 朱伟 杨廷力 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第8期48-54,共7页

应用基于方位特征集的机构拓扑结构设计理论与方法,综合了26种三平移零转动的并联机器人机构拓扑结构,其中19种为首次综合出的新机型,并对它们进行了分类。该方法适用于无过约束机构和一般过约束机构的拓扑结构设计,不仅所用数学方法简... 应用基于方位特征集的机构拓扑结构设计理论与方法,综合了26种三平移零转动的并联机器人机构拓扑结构,其中19种为首次综合出的新机型,并对它们进行了分类。该方法适用于无过约束机构和一般过约束机构的拓扑结构设计,不仅所用数学方法简单,几何与物理意义明确,而且综合所得机构的存在几何条件具有一般性。 展开更多

关键词 方位特征集 并联机构 三平移零转动 型综合

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无寄生运动非对称空间2T1R并联机构设计与运动学分析 被引量：15

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作者 邓嘉鸣 许可 +3 位作者 赵迎春 沈惠平 张震 杨廷力 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期408-417,共10页

根据基于方位特征方程的并联机构设计理论与方法,设计了一种能实现空间两平移一转动(2T1R)且无寄生运动的非对称并联机构(RPa‖3R)-R+RSS。对该机构进行了动平台方位特征(POC)、自由度(DOF)以及耦合度κ计算的拓扑特性分析,表明机构为... 根据基于方位特征方程的并联机构设计理论与方法,设计了一种能实现空间两平移一转动(2T1R)且无寄生运动的非对称并联机构(RPa‖3R)-R+RSS。对该机构进行了动平台方位特征(POC)、自由度(DOF)以及耦合度κ计算的拓扑特性分析,表明机构为零耦合度且具有部分运动解耦性;运用序单开链法的运动学原理,推导了求解机构位置正反解的解析式;基于位置反解,分析了机构的位置工作空间形状与大小及其转动能力;探讨了机构发生奇异位形的条件;对机构的速度和加速度进行了计算及仿真分析。结果表明:该机构运动学分析简单,转动能力强,动力学性能较好。 展开更多

关键词 并联机构 零耦合度 寄生运动 运动解耦 两平移一转动

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3T1R并联机构结构设计与位置分析 被引量：24

13

作者 石志新 叶梅燕 +1 位作者 罗玉峰 杨廷力 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期364-369,共6页

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种三平移一转动(3T1R)并联机构。首先,应用方位特征集方法,综合了一批满足功能要求的并联机构;然后,综合考虑实际应用要求,从中优选出一种具有开发潜力的并联机构,分析结果表明:该机构具有全对... 基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种三平移一转动(3T1R)并联机构。首先,应用方位特征集方法,综合了一批满足功能要求的并联机构;然后,综合考虑实际应用要求,从中优选出一种具有开发潜力的并联机构,分析结果表明:该机构具有全对称性、可折叠性及承载能力强、工作空间大等特点;最后结合实例给出了优选机构的位置正、逆解方程及其求解算法,结果表明:其位置逆解方程可解析求解,且最多存在16组解;而正解方程不能解析求解,且最多存在8组解。 展开更多

关键词 三平移一转动并联机构 结构特性 位置分析

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3T1R并联机构降耦设计与分析 被引量：14

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作者 朱小蓉 胡旸 +2 位作者 沈惠平 杨廷力 朱伟 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期393-401,共9页

根据基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计理论和机构结构降耦原理,设计了一种低耦合度的3T1R运动解耦并联机构。首先,对一种耦合度κ为2的3T1R并联机构进行了结构降耦设计,得到了耦合度较低(κ1=1,κ2=0),但自由度和末端执行件输出运... 根据基于方位特征集的并联机构拓扑结构设计理论和机构结构降耦原理,设计了一种低耦合度的3T1R运动解耦并联机构。首先,对一种耦合度κ为2的3T1R并联机构进行了结构降耦设计,得到了耦合度较低(κ1=1,κ2=0),但自由度和末端执行件输出运动类型均保持不变的新机型;又对其进行了运动解耦性分析,表明机构具有部分运动解耦;然后,导出了机构位置正、逆解方程和雅可比矩阵;最后,基于雅可比矩阵分析了机构奇异性,并进一步对该并联机构可达工作空间和转动能力进行了分析,得到了机构无奇异工作空间区域。结果表明,降耦机构具有结构简单、无奇异工作空间形状规则、体积大,且全工作空间所有位置的转动能力一致等特点,克服了一般并联机构耦合性强、控制复杂的弱点,具有较好的工业应用前景。 展开更多

关键词 并联机构 耦合度 拓扑结构降耦 运动解耦 无奇异工作空间 转动能力

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低耦合度3T1R并联操作手设计与运动学分析 被引量：10

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作者 沈惠平 尹洪贺 +1 位作者 邵国为 杨廷力 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期405-412,共8页

基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和机构结构降耦原理,设计了一种低耦合度能实现三平移一转动(3T1R)的SCRAR并联操作手机构。首先,阐述了该机构的组成,计算了该机构的耦合度k=1;然后,根据该机构的几何特点和运动约束,... 基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和机构结构降耦原理,设计了一种低耦合度能实现三平移一转动(3T1R)的SCRAR并联操作手机构。首先,阐述了该机构的组成,计算了该机构的耦合度k=1;然后,根据该机构的几何特点和运动约束,通过建立输入参数与动平台输出位姿参数间的约束方程,运用运动学序单开链法原理求解了位置正解的数值解,导出了其位置反解的解析解,用实例验证了位置正、反解的准确性;最后,基于位置反解得到了机构位置工作空间的形状与大小及Z向各截面形状,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析。结果表明:该机构比H_4、I4结构简单,在一组相同等效尺寸参数下其工作空间大、转动能力强。 展开更多

关键词 并联机构 方位特征集 运动学 三平移一转动 低耦合度 工作空间

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一类3自由度空间并联机器人机构的设计及分析 被引量：1

16

作者 张彦斌 党玉功 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2011年第2期17-20,共4页

基于单开链单元理论提出一种分支中含有平面6杆闭回路结构的空间并联机构,该机构的主动副为3个移动副,动平台相对静平台具有二维移动和一维转动(2T1R)自由度。通过将此机构的部分运动副替换又得到另外两种新型2T1R并联机构。分析了这类... 基于单开链单元理论提出一种分支中含有平面6杆闭回路结构的空间并联机构,该机构的主动副为3个移动副,动平台相对静平台具有二维移动和一维转动(2T1R)自由度。通过将此机构的部分运动副替换又得到另外两种新型2T1R并联机构。分析了这类机构的位置逆、正解,其中位置逆解具有唯一性,而正解有两个。讨论了机构的工作空间和运动耦合性。由于这类机构结构简单,而且其运动学解具有弱耦合性,使得轨迹规划和控制较为简单,因此这类机构具有潜在的应用前景。 展开更多

关键词 并联机构 运动分析 工作空间 弱耦合

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PS-3SPS结构降耦并联机构运动学分析 被引量：3

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作者 陈国旺 车林仙 +1 位作者 杜力 文世坤 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第8期72-79,共8页

对称结构4自由度4SPS-PS并联机构具有1条方位特征(被动约束)支链,耦合度为2,其位置正解和动力学正反解的求解较复杂。运用方位特征支链主动化和运动副合并(将约束距离缩减为0)方法,对原构型进行结构降耦设计,得到一种PS-3SPS一平移三转... 对称结构4自由度4SPS-PS并联机构具有1条方位特征(被动约束)支链,耦合度为2,其位置正解和动力学正反解的求解较复杂。运用方位特征支链主动化和运动副合并(将约束距离缩减为0)方法,对原构型进行结构降耦设计,得到一种PS-3SPS一平移三转动降耦并联机构。新型降耦机构的耦合度为0,其突出优点是位置正解具有显式表达式。给出求PS-3SPS降耦并联机构位置正反解的几何方法,得到动平台Euler角的解析解。运用矢量代数法和姿态矩阵微分形式,推导出机构速度Jacobian矩阵,并得到速度和加速度正反解的显式表达式。运用空间几何法,推导出PS-3SPS并联机构所有理论正运动学奇异位形,并给出代表性奇异位形。最后,给出数值算例,位置正反解十分吻合,表明求解方法准确可靠。分别运用MATLAB软件编程和ADAMS软件仿真得到机构运动学分析曲线,两者结果一致,验证了理论分析模型与方法的正确性。 展开更多

关键词 并联机构 结构降耦设计 耦合度 一平移三转动 运动学分析

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