摘要：面向复杂结构件机器人加工装备设计需求,提出一种2PRU&1PRS-XY型混联机器人。为将该混联机器人应用于高性能机械加工任务,在其工作空间、运动/力传递性以及灵巧度分析的基础上,定义了用于工作全域性能评价的传递稳定性指标与精度差异性指标,提出了一种基于多目标均衡优化思想的尺度设计方法。该方法采用标准化方法简化多参数设计空间,应用响应面法与主成分分析法提高优化求解效率,结合主客观组合赋权法与基于TOPSIS的Pareto前沿法实现多指标综合性能评分。运用所提方法,得到了4种兼顾优化求解效率和多目标均衡优化的尺度参数设计方案,实现了2PRU&1PRS-XY型混联机器人主要尺度参数的优化设计,为设计者提供了具有不同工程设计倾向的多目标均衡决策参考。

摘要：可重构与模块化设计是实现并联机构多功能、提升装备加工柔性的关键技术.受商用Exechon并联机构模块优异性能的设计启发,在其变异机构Exe-Variant的基础上,应用机构变异思想提出两种类Exechon并联机构模块——Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ.基于可锁定关节、模块化支链以及可重构并联机构的设计思路,依次开展Exechon、Exe-Variant、Exe-Ⅰ和Exe-Ⅱ等4种类Exechon并联机构的模块化、可重构概念设计.针对以上并联机构模块进行运动学分析:运用螺旋理论分析类Exechon并联机构的系统螺旋系,构建类Exechon并联机构的系统全雅克比矩阵,依次分析机构自由度和奇异性;通过矢量闭环方程推导其逆运动学模型和动平台连带运动;以"分层切片"的工作空间搜索方法预估其工作空间.运动学对比分析表明:对类Exechon并联机构模块开展的可重构设计,保留了并联机构的自由度类型和结构奇异性特征,并显著改善了部分类Exechon并联机构的逆运动学连带运动的复杂程度以及动平台可达工作空间的分布.最后,借助3D打印技术制作了Exe-Ⅰ并联机构模块的原理样机,运动学精度实验结果与理论分析结果吻合较好,数据的绝对误差在±0.4 mm以内,并且其相对误差不大于实验值的3.2%,验证了运动学分析的正确性.本文提出的可重构与模块化概念设计,可为类Exechon并联机构模块的高效可重构设计及其工程应用提供关键技术支撑.

摘要：为实现大尺寸弧形航空结构件的高效加工与快速装配,设计了一种弧形导轨加并联操作模块的新型混联柔性制造系统。首先,运用虚拟样机技术设计了柔性制造系统的结构方案。其次,建立了系统的运动学模型,推导了运动学逆解的解析表达,并分析了并联模块的奇异性;在此基础上,提出了一种基于"分层切片"思想的工作空间搜索方法,进而绘制了系统的可达工作空间。再次,采用子结构综合法建立了系统的弹性静力学模型,分析了典型位姿下并联模块在重力作用下的弹性变形,并对其进行了数值仿真验证。最后,提出了一种表征全局静力学性能的指标——平均位移指标,并用其评估了系统工作全域内的静力学性能。研究结果表明:该混联柔性制造系统兼具弧形串联机构工作空间大和并联机构刚度高、承载强的优点;在设计该混联柔性制造系统时,需特别关注重力效应引起的构件变形,且应着力提升并联模块沿x轴方向的抗弯能力和绕y轴方向的抗扭能力。

摘要：针对Exechon并联模块动平台摆角范围较小的问题,提出了一种拓扑构型为2RPU&1RPS的类Exechon并联模块.在前期完成的概念设计基础上,对类Exechon并联模块进行了自由度计算及运动学逆解分析.采用子结构综合法,建立了计及关节弹性变形和支链体柔性的类Exechon并联模块弹性静力学模型.依托所建模型,计算了该类并联模块极限位姿下动平台的弹性位移和关节约束反力(力矩),并进一步给出了两者在工作空间内的映射.研究表明,模块自重对类Exechon并联模块动平台的弹性位移和关节约束反力(力矩)具有重要影响,其静力学特性在工作空间内随位姿变化明显,且在沿z向的工作截面上呈对称性映射.

摘要：提出一类拓扑构型为3-PRS的少自由度并联机器人的概念设计方案。基于旋量理论,研究了所提3-PRS并联机器人的自由度。计算结果表明,所提3-PRS并联机器人为一类具有1移动2转动(1T2R)运动能力的3自由度并联装置。在自由度分析的基础上,进一步构建了3-PRS并联机器人的运动学模型。通过求解闭环矢量运动方程,给出了该类并联机器人的运动学逆解的解析表达。基于所求的运动逆解,构建了考虑机器人几何约束的可达工作空间搜索流程,并据此给出了3-PRS并联机器人的可达工作空间映射。最后,通过参数灵敏度分析,揭示了3-PRS并联机器人主要尺度参数对其可达工作空间的影响规律。研究结果表明,3-PRS并联机器人各尺度参数对其可达工作空间的影响程度不尽一致,在进行机器人尺度综合时,应重点关注动平台半径的影响。

摘要：为满足多向3D打印需求,提出一种五自由度混联3D打印机并对其进行运动学分析。该3D打印机由拓扑构型为2UPR&2RPS的并联机构和二自由度十字运动平台组成,其特点是在实现xyz三轴运动的同时,通过并联机构运动产生θ和ψ转角,获得多向3D打印的能力。基于旋量理论,分析该打印机的自由度,证实其具有空间两转动和三平动(2R3T)能力。运用闭环矢量回路法推导出运动学逆解方程,再通过消元法将其简化为一元三次方程,进而得到混联3D打印机的运动学正解。在此基础上,以分层切片搜索算法,预估该3D打印机的工作空间,并对其进行奇异性和运动仿真分析。研究结果表明:该五自由度混联3D打印机具有大的位置和姿态工作空间且无奇异位置,能够通过改变打印头的姿态实现多向3D打印。

摘要：针对现有艾灸辅助设备自动化程度低、成本高及精度低等问题,笔者提出了一种3UPS-UP-2R型的混联艾灸机器人。该机器人结合了3UPS-UP并联结构稳定性高和2R串联结构灵巧性好的优点来实现稳定且灵活地艾灸操作;采用螺旋理论进行3UPS-UP自由度分析,确定该艾灸机器人的运动特征;推导并联模块和串联模块的运动学逆解的解析解,并通过切片分层搜索算法求解艾灸机器人的可达工作空间。结果表明:该混联艾灸机器人具有5自由度的灵巧运动能力,可达工作空间大,能够较好地满足艾灸辅助理疗的使用需求。

摘要：设计一种用于艾灸辅疗的新型五自由度混联机器人机构,该机构由2UPS&1UPR&1UP并联模块和2R串联模块组成.首先,给出该混联机器人的概念设计方案,并运用螺旋理论分析2UPS&1UPR&1UP并联模块的自由度,建立该混联机构的运动学模型并推导其位置逆解的解析解,进而求得全局雅克比矩阵和奇异位型.在此基础上,采用“分层切片”的搜索方法得到该艾灸机器人的可达工作空间.最后,制作概念样机,并通过运动位姿实验验证运动学逆解与工作空间分析的正确性.研究表明,所提混联机器人机构具有大转角和大工作空间的性能优势,可以满足艾灸辅疗流程对器械运动形式与工作空间的需求.

摘要：目的以微粒的体积平均粒径为评价指标,优化黄芩素微粒的制备工艺。方法采用超临界CO2抗溶剂法制备黄芩素微粒,在单因素试验的基础上设计正交试验优选黄芩素微粒的制备工艺,并对优选的工艺组合进行了粒度分布、扫描电镜(SEM)分析、红外吸收光谱法(IR)及差示扫描量热法(DSC)的表征。结果正交试验得到的优选工艺条件:溶液体积流量0.75 mL/min,结晶压力8 MPa,结晶温度48℃,黄芩素质量浓度4 mg/mL;在此工艺条件下制备得到的黄芩素微粒的大小明显小于黄芩素原料,扫描电镜显示制备出的黄芩素微粒为不规则形状;IR和DSC显示黄芩素微粒的化学结构没有发生变化,热力学性质发生了变化,并且经处理过的黄芩素的纯度变高。结论超临界CO2抗溶剂法制备黄芩素微粒可行,为制备超细微粒提供参考依据。

摘要：为了提升高速航空螺旋桨的气动性能,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法研究了平凸翼型NACA4412、超临界翼型RAE2822和高雷诺数薄翼型NACA65206在不同马赫数Ma、不同攻角下的升阻比变化规律,以及翼型流场的马赫数等值线分布等。通过翼型的升阻比特性研究,选用NACA65206翼型设计了一款高速航空螺旋桨,并进行了螺旋桨流场的CFD仿真和气动性能计算。结果表明:随着马赫数从0.5提高到0.9,NACA65206翼型具有更好的升阻比特性,并且失速特性不断改善;采用NACA65206翼型设计的螺旋桨在0.6飞行马赫数下,推进效率高于80%,在0.7飞行马赫数下,推进效率高于75%,说明了使用薄翼型结合大后掠角度设计的高速航空螺旋桨具有较好的推进效率。