【摘要】：解耦機(jī)構(gòu)的輸出自由度可由相應(yīng)的輸入驅(qū)動單獨實現(xiàn),具有良好的運動性能、控制特性及可操作性,是各類機(jī)械裝備的首選構(gòu)型,受到學(xué)者們及產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。隨著解耦構(gòu)型方式的拓展,構(gòu)建各類解耦機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一理論模型是進(jìn)行解耦機(jī)構(gòu)型綜合的基礎(chǔ)理論內(nèi)容;以支鏈解耦為基礎(chǔ),擴(kuò)充并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)與混聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的構(gòu)型圖庫,可為構(gòu)建各類高尖端解耦機(jī)械裝備提供重要的理論依據(jù)。本文以廣義混聯(lián)機(jī)構(gòu)(包括串聯(lián)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、混聯(lián)機(jī)構(gòu)及模塊化的混聯(lián)機(jī)構(gòu))為對象,主要開展以下幾方面的研究工作:(1)建立廣義混聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦的統(tǒng)一理論模型。以廣義混聯(lián)機(jī)構(gòu)為對象,從矩陣?yán)碚摷拔⒎謳缀蝺蓚�角度對廣義混聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行解耦的數(shù)學(xué)描述并對其進(jìn)行分類。在泛函代數(shù)統(tǒng)一模式下,將機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)空間與操作空間及機(jī)構(gòu)的驅(qū)動信息空間與運動模式空間統(tǒng)一描述為拓?fù)淇臻g的映射關(guān)系。建立廣義混聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦的拓?fù)潢P(guān)系映射模型,為廣義混聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型判定提供統(tǒng)一的理論依據(jù)。(2)建立串聯(lián)型支鏈解耦的綜合流程。根據(jù)運動合成規(guī)律,分析平面軸線、空間軸線及共點軸線的遷移規(guī)律�；谥ф湹妮敵鲞\動特征,提出正則解耦輸出運動的綜合準(zhǔn)則,構(gòu)建正則解耦輸出運動特征的實現(xiàn)條件。基于解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)輸出平臺的運動特征,提煉支鏈間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。證明了幾類可實現(xiàn)解耦特征的支鏈構(gòu)型及常見的復(fù)合運動副,借助形態(tài)學(xué)算法給出支鏈解耦的綜合流程。(3)基于旋量理論及李群進(jìn)行并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦的型綜合。利用李群理論綜合滿足運動輸出要求的支鏈。借助并聯(lián)機(jī)構(gòu)運動旋量系與約束旋量系的互易關(guān)系;支鏈的約束旋量系與機(jī)構(gòu)約束旋量系集合間的關(guān)系,配置各條支鏈的約束旋量系,從而得到各條支鏈的運動旋量系。從李群綜合得到的支鏈中,選取滿足支鏈運動旋量系且具有正則解耦特征的支鏈,通過不同自由度的解耦支鏈連接動平臺與靜平臺構(gòu)成并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)。以2T1R并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行解耦型綜合。(4)基于冗余約束進(jìn)行并聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦的型綜合。依據(jù)機(jī)構(gòu)輸出運動特征構(gòu)建運動特征鏈,以并聯(lián)構(gòu)型各運動鏈存在的冗余約束為基礎(chǔ),以輸出特征運動鏈約束旋量系的子旋量系為條件進(jìn)行支鏈綜合。用具有不同約束旋量系的支鏈及輸出特征運動鏈連接動平臺與靜平臺,通過選擇恰當(dāng)?shù)尿?qū)動副實現(xiàn)構(gòu)型的解耦綜合。以2R1T并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行解耦型綜合。(5)基于廣義基本運動鏈進(jìn)行混聯(lián)機(jī)構(gòu)解耦的型綜合�；谡齽t解耦運動特征,通過位姿分離,以移動并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)的動平臺與正則轉(zhuǎn)動特征的運動副串聯(lián)構(gòu)成廣義基本運動鏈。融合正則移動特征的驅(qū)動支鏈與正則轉(zhuǎn)動特征的驅(qū)動支鏈間的解耦,實現(xiàn)混聯(lián)機(jī)構(gòu)的解耦綜合。以3T2R混聯(lián)機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行解耦型綜合。
【圖文】：

⒖捎行П苊餿斯げ僮髟斐傻牟汔瘛?T2R 并聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)如圖1.2(a)所示，被用于外科手術(shù)的頭部支架，滿足了外科手術(shù)三個方向的移動及兩個方向轉(zhuǎn)動的精確控制。兩個解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)搭建的模塊化混聯(lián)機(jī)器人如圖 1.2(b)，有望應(yīng)用于腹腔鏡的臨床手術(shù)中。6 自由度解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)被用于長骨骨折的恢復(fù)機(jī)構(gòu)。解耦機(jī)構(gòu)在各種手術(shù)機(jī)器人中的應(yīng)用、在各種康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人中的創(chuàng)新、在輔助醫(yī)療設(shè)備中的拓展，是機(jī)器人與機(jī)構(gòu)學(xué)的重要發(fā)展方向，成為機(jī)構(gòu)學(xué)重要的跨學(xué)科領(lǐng)域，為機(jī)構(gòu)學(xué)研究拓展出新的研究方向。(a) 頭部支架解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu) (b) 模塊化混聯(lián)解耦腹腔鏡手術(shù)機(jī)構(gòu)圖 1.2 解耦機(jī)構(gòu)在醫(yī)療中的應(yīng)用Fig. 1.2 Applications of decoupled mechanisms in medical treatment解耦機(jī)構(gòu)輸出運動的自由度可由相應(yīng)的驅(qū)動輸入單獨實現(xiàn)，易于實現(xiàn)更高的運動精度，具有良好的運動性能及控制特性等優(yōu)點，，已初步應(yīng)用于工業(yè)、航空航天系統(tǒng)、醫(yī)療康復(fù)及仿生工程等領(lǐng)域，呈現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。因此,實現(xiàn)并聯(lián)構(gòu)型解耦、構(gòu)建混聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的解耦機(jī)構(gòu)、以及探索以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為模塊搭建串并、混聯(lián)解耦機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。可大大提高機(jī)械加工裝備、各類專用設(shè)備、電子通信設(shè)備、精密儀器等各類機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的應(yīng)用性能。隨著各類解耦構(gòu)型的拓展，進(jìn)行解耦構(gòu)型判斷的統(tǒng)一理論模型及擴(kuò)充各類解耦構(gòu)型的構(gòu)型圖庫，對機(jī)構(gòu)學(xué)適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的學(xué)術(shù)研究價值。

中北大學(xué)學(xué)位論文勞試驗機(jī)的備選構(gòu)型；這類構(gòu)型的工作模式主要基于點式操作模式，僅一個末端執(zhí)行器對工件及物料進(jìn)行操作；這類機(jī)構(gòu)主要用于物料選取機(jī)器人臺、太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)等場合。由兩個(UPS-UPU-U)&RR 的串、并聯(lián)機(jī)構(gòu)組，可用于四自由度下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)坐、躺、站三種不同姿態(tài)的康復(fù)訓(xùn)機(jī)多用的功能；這類構(gòu)型是基于模塊化混聯(lián)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計；屬于兩條或操作器對同一個對象進(jìn)行作用；其輸出方式為多點協(xié)同作業(yè)模式。如 Tri機(jī)構(gòu)、五軸聯(lián)動混聯(lián)機(jī)床等，均屬于此類構(gòu)型，主要適用于復(fù)雜輸出運動
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2601275