【摘要】：解耦機構的輸出自由度可由相應的輸入驅動單獨實現(xiàn),具有良好的運動性能、控制特性及可操作性,是各類機械裝備的首選構型,受到學者們及產業(yè)界的高度關注。隨著解耦構型方式的拓展,構建各類解耦機構的統(tǒng)一理論模型是進行解耦機構型綜合的基礎理論內容;以支鏈解耦為基礎,擴充并聯(lián)解耦機構與混聯(lián)解耦機構的構型圖庫,可為構建各類高尖端解耦機械裝備提供重要的理論依據(jù)。本文以廣義混聯(lián)機構(包括串聯(lián)機構、并聯(lián)機構、混聯(lián)機構及模塊化的混聯(lián)機構)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)機構解耦的統(tǒng)一理論模型。以廣義混聯(lián)機構為對象,從矩陣理論及微分幾何兩個角度對廣義混聯(lián)機構進行解耦的數(shù)學描述并對其進行分類。在泛函代數(shù)統(tǒng)一模式下,將機構的關節(jié)空間與操作空間及機構的驅動信息空間與運動模式空間統(tǒng)一描述為拓撲空間的映射關系。建立廣義混聯(lián)機構解耦的拓撲關系映射模型,為廣義混聯(lián)機構的構型判定提供統(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則,構建正則解耦輸出運動特征的實現(xiàn)條件�；诮怦畈⒙�(lián)機構輸出平臺的運動特征,提煉支鏈間的結構關系。證明了幾類可實現(xiàn)解耦特征的支鏈構型及常見的復合運動副,借助形態(tài)學算法給出支鏈解耦的綜合流程。(3)基于旋量理論及李群進行并聯(lián)機構解耦的型綜合。利用李群理論綜合滿足運動輸出要求的支鏈。借助并聯(lián)機構運動旋量系與約束旋量系的互易關系;支鏈的約束旋量系與機構約束旋量系集合間的關系,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成并聯(lián)解耦機構。以2T1R并聯(lián)機構為例進行解耦型綜合。(4)基于冗余約束進行并聯(lián)機構解耦的型綜合。依據(jù)機構輸出運動特征構建運動特征鏈,以并聯(lián)構型各運動鏈存在的冗余約束為基礎,以輸出特征運動鏈約束旋量系的子旋量系為條件進行支鏈綜合。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?shù)尿寗痈睂崿F(xiàn)構型的解耦綜合。以2R1T并聯(lián)機構為例進行解耦型綜合。(5)基于廣義基本運動鏈進行混聯(lián)機構解耦的型綜合�；谡齽t解耦運動特征,通過位姿分離,以移動并聯(lián)解耦機構的動平臺與正則轉動特征的運動副串聯(lián)構成廣義基本運動鏈。融合正則移動特征的驅動支鏈與正則轉動特征的驅動支鏈間的解耦,實現(xiàn)混聯(lián)機構的解耦綜合。以3T2R混聯(lián)機構為例進行解耦型綜合。
【圖文】：

⒖捎行П苊餿斯げ僮髟斐傻牟汔瘛?T2R 并聯(lián)解耦機構如圖1.2(a)所示，被用于外科手術的頭部支架，滿足了外科手術三個方向的移動及兩個方向轉動的精確控制。兩個解耦并聯(lián)機構搭建的模塊化混聯(lián)機器人如圖 1.2(b)，有望應用于腹腔鏡的臨床手術中。6 自由度解耦并聯(lián)機構被用于長骨骨折的恢復機構。解耦機構在各種手術機器人中的應用、在各種康復醫(yī)療機器人中的創(chuàng)新、在輔助醫(yī)療設備中的拓展，是機器人與機構學的重要發(fā)展方向，成為機構學重要的跨學科領域，為機構學研究拓展出新的研究方向。(a) 頭部支架解耦并聯(lián)機構 (b) 模塊化混聯(lián)解耦腹腔鏡手術機構圖 1.2 解耦機構在醫(yī)療中的應用Fig. 1.2 Applications of decoupled mechanisms in medical treatment解耦機構輸出運動的自由度可由相應的驅動輸入單獨實現(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，，已初步應用于工業(yè)、航空航天系統(tǒng)、醫(yī)療康復及仿生工程等領域，呈現(xiàn)了良好的應用前景。因此,實現(xiàn)并聯(lián)構型解耦、構建混聯(lián)結構形式的解耦機構、以及探索以并聯(lián)機構為模塊搭建串并、混聯(lián)解耦機構系統(tǒng)。可大大提高機械加工裝備、各類專用設備、電子通信設備、精密儀器等各類機構產品的應用性能。隨著各類解耦構型的拓展，進行解耦構型判斷的統(tǒng)一理論模型及擴充各類解耦構型的構型圖庫，對機構學適應現(xiàn)代產業(yè)的發(fā)展具有重要的學術研究價值。

中北大學學位論文勞試驗機的備選構型；這類構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行操作；這類機構主要用于物料選取機器人臺、太陽能跟蹤機構等場合。由兩個(UPS-UPU-U)&RR 的串、并聯(lián)機構組，可用于四自由度下肢康復機構，實現(xiàn)坐、躺、站三種不同姿態(tài)的康復訓機多用的功能；這類構型是基于模塊化混聯(lián)機構系統(tǒng)的設計；屬于兩條或操作器對同一個對象進行作用；其輸出方式為多點協(xié)同作業(yè)模式。如 Tri機構、五軸聯(lián)動混聯(lián)機床等，均屬于此類構型，主要適用于復雜輸出運動
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH112

【參考文獻】

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本文編號：2601275