摘要：随着并联机构从单一尺寸设计和拓扑设计向两者融合方向不断发展,基于拓扑叠加-再惩罚和全变量正交设计-再拓扑的同步设计方法得到广泛应用,但两者存在设计效率低等不足。为解决上述问题,本文提出了一种基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法,该方法拓扑优化时以相同质量保留此条件下尺寸参数小范围变化对拓扑结构微弱影响为切入点,通过拓扑结构参数化缩放和刚度-质量元模型构建,形成并联机构尺寸-拓扑同步高效设计流程。以典型■RS并联机构为例开展算例验证与对比分析,结果表明,相同质量条件下,所提设计方法比尺寸设计方法得到的各向刚度更高,即拓扑优化使RS连杆的材料分布更加合理。

摘要：基于方位特征(POC)方程的并联机构设计理论与方法,设计了一种全部由低副组成、具有位置正解符号化且部分运动解耦的两平移一转动(2T1R)并联机构,并对机构的主要拓扑特征(POC、自由度、耦合度、运动解耦性)进行分析与计算;基于拓扑特征运动学建模原理,导出机构符号式位置正解和反解;同时,由位置反解分析了机构奇异性,基于符号式位置正解求解了机构工作空间;根据基于虚功原理的序单开链法,对该机构动力学性能进行分析,计算得施加在3个驱动副上的驱动力;最后,对该机构应用于无人机操作及其安全着陆的动作原理进行了概念设计阐述。

摘要：为充分研究少自由度并联机构所具备优势,拓宽其应用领域,设计并研究一种含冗余支链且无寄生运动三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构,完成运动学和动力学分析。基于方位特征集(POC)的拓扑机构学理论方法,设计了一种含冗余支链且无寄生运动的两平移一转动并联机构,并进行拓扑分析,结果表明:该机构还具有部分运动解耦特性;根据基于拓扑特征运动学的建模方法,求得机构位置正反符号解;又基于位置反解分析了机构奇异性,基于位置正解给出了工作空间;基于虚功原理的序单开链法对机构进行动力学建模,求得了该机构移动副处的驱动力以及两个子运动链(SKC)连接处的支反力;概念设计了该机构的一种应用场景。

摘要：根据少自由度并联机构应用广泛的优点,提出了一种3T1R并联机构,该机构具有构型简单、结构对称、定位精度高等特点,可应用于小范围的精密操作,或者是大范围的搬运、分拣以及喷涂等领域。基于方位特征方程的拓扑分析理论,对该并联机构完成了自由度种类以及数目的分析与验证;基于闭环矢量法完成了运动学模型建立,并通过位置正逆解算例验证了运动学的合理性。基于位置逆解方程利用极限边界搜索法分析了3T1R并联机构可达工作空间;通过速度分析建立了速度雅可比矩阵,并根据该矩阵分析机构的定位精度与可操作度性能指标。利用主成分分析(PCA)与粒子群算法(PSO)对3个性能指标进行优化设计,并对优化结果进行了分析,最终优化后可达工作空间体积从0.2933m3提高到0.4231m3,定位精度误差放大因子从15.5044减小至4.4308,可操作度指数从9.7027减小至1.3996。

摘要：为满足智慧图书馆存、取书的需求,本研究设计了一款专用于智慧图书馆的抓书机械手。根据实际抓书工况的需求,基于Soildworks软件设计出一款末端执行器,并对末端执行器进行有限元分析。对并联机构建立笛卡尔坐标系,最后基于蒙特卡洛法对工作空间进行仿真验证。本研究最终将设计所得的末端执行器与并联机构相结合,得到一款能够快速、稳定抓取书本的机械手。根据仿真结果可知,所设计的抓书机械手可达到实际工况要求。

摘要：为实现对汽车零部件的智能分拣与传送,提出了一种全铰链新型一平移一转动(1T1R)并联机构,其结构简单且部分运动解耦。首先,基于方位特征方程的拓扑设计理论和方法,设计、分析了一种2自由度1T1R并联机构;其次,基于拓扑特征运动学方法,求解出机构的符号式位置正解,并对该机构的工作空间、奇异性进行了计算;最后,运用基于虚功原理的序单开链法,求得其驱动力矩和子运动链(Sub Kinematic Chain,SKC)连接处的支反力。研究为汽车零部件并联机构设计研究奠定了基础。

摘要：基于弹性支链并联机构的波浪能转换装置能够采集多方向不规则的波浪能,并且实现向机械能、电能的转换。装置结构参数设计是影响波能转换效率的主要因素之一。动平台在波浪力作用下存在空间位姿的不断变换,通过建立机构的运动学逆解模型,获得给定动平台位姿下弹簧支链的伸缩变形量。针对机构几何参数及支链弹簧物理参数对弹簧支链变形过程中弹性势能的影响,分别进行单参数试验设计及灵敏度分析,确立将支链弹簧系数、动静平台铰点分布角及分布圆半径、平台之间的高度等相关结构参数作为设计变量。进一步以机构运动过程中弹性支链的最大变形能作为优化目标,基于ADAMS/Insight构建多设计变量优化数学模型,通过求解获得机构最佳设计参数。研究结果对改进波能转换装置设计以及提升波浪能转换效率具有重要的意义。

摘要：提出了一种新型的5自由度复合驱动并联机构,并对其进行了运动学分析。首先,根据复合驱动并联机构的构型特点,开展了伴随运动分析,推导得到了位置逆解计算公式;其次,通过分析动平台上一组点的线速度分量与驱动速度间的映射,推导出5×5齐次量纲的雅可比矩阵;采用离散法计算机构的可达工作空间,根据灵活度指标,即条件数的倒数在可达工作空间的分布情况,确定了许用工作空间位置;然后,通过分析最大压力角在机构许用工作空间中的分布情况和驱动力与机构末端受力之间的映射关系,完成了并联机构的奇异性分析;最后,基于MATLAB和ADAMS软件进行了运动学仿真验证。所述工作为下一代样机的优化设计提供了理论基础。

摘要：针对当前主从式医疗手术机器人主手结构设计及高精度运动的需要,设计了一种可在空间中做定心运动的两自由度并联机构-2RRR型并联机构。首先,基于约束螺旋理论分析了该2-RRR并联机构的自由度数目和性质,并采用修正的Grübler-Kutzbach准则对机构的自由度分析进行验证;然后,基于机构的结构特性及几何约束条件,采用封闭矢量法构建了机构的正逆运动学模型,获得了其位置的封闭解;最后,通过仿真软件Adams对机构进行了运动学仿真计算验证,仿真结果证明了机构设计的合理性及运动学求解方法的正确性,为该并联机构在医疗手术机器人主手中的设计与应用提供理论依据。

摘要：本文提出一种PUS-PRS-S并联机构形式的螺旋桨矢量推进器。对矢量推进器进行具体的结构设计,使其能够很容易地作为一个整体安装在AUV尾部。建立矢量推进器的的运动学和动力学模型,通过数值计算与仿真,结果表明,设计的矢量推进器具有良好的运动性能,能够流畅地完成俯仰、偏摆运动。通过对推力矢量的分析,可知矢量推进器在AUV前进方向上始终能提供不低于75%的推力,在偏转方向上最大能提供50%的推力,且推力大小与AUV姿态和航速均无关。对比与传统的以鳍舵作为控制面的AUV,矢量推进AUV在慢速航行状态下具有更好的操纵性。