一种平面n构件串联机构工作空间分析方法_李瑞琴

双模式可重构并联机构的构型及其在酒盒产线中的应用
张磊;李瑞琴;宁峰平;柴超;崔鑫佳;郭文孝
【期刊名称】《包装工程》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】目的为实现酒盒生产线上酒盒胶线点胶和酒盒底座清废环节的自动化,提出一种双模式可重构并联机构。

方法基于螺旋理论分析该机构在2种模式下的自由度,利用闭环矢量法和D-H法求得对应模式下的位置逆解,采用数值法求解机构工作空间、灵巧度和转动能力指标,给出该机构的应用实例。

结果该机构在2-
URU/RRC模式下具有3T自由度,2-URU/URC模式下具有3T1R自由度,工作空间连续且无空洞,获得2-URU/RRC模式下灵巧度指标分布规律和2-URU/URC模式下动平台转动能力。

结论该机构在2-URU/RRC模式下可满足胶线点胶作业需求,在2-URU/URC模式下可满足底座清废作业需求,提高了酒盒生产线自动化程度。

【总页数】7页(P201-207)
【作者】张磊;李瑞琴;宁峰平;柴超;崔鑫佳;郭文孝
【作者单位】中北大学机械工程学院;中国煤炭科工集团太原研究院有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TB486;TH112
【相关文献】
1.应用于天线座的并联机构构型设计
2.基于构型演变和李群理论的2T2R型四自由度并联机构型综合
3.并联机构应用的领域及其构型研究
4.酒包生产线1R2T并联
机构构型综合及运动学分析5.驱动支链完全解耦的可重构踝关节康复并联机构型综合
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《机械原理》*号内容第一章概论第一节本课程的研究内容什么是机器、机构？机器的三特征：1）由一系列的运动单元体所组成。

2）各运动单元体之间都具有确定的相对运动。

3）能转换机械能或完成有用的机械功以代替或减轻人们的劳动。

具有以上1、2两个特征的实体称为机构。

构件——由一个或多个零件连接而成的运动单元体。

零件——机器中的制造单元体。

第二节机构的分析与综合及其方法机构分析：对已知机构的结构和各种特性进行分析。

机构综合：根据工艺要求来确定机构的结构形式、尺寸参数及某些动力学参数。

机构综合的内容: 1.机构的结构综合2.机构的尺度综合3.机构的动力学综合。

机构的结构综合：主要研究机构的组成规律。

机构的尺度综合（或运动学综合）：研究已知机构如何按给定的运动要求确定其尺寸参数.概括为四类：(1)刚体导引：当机构的原动件做简单运动时，要求刚体连续地变换其位置。

（2）函数变换：使机构某从动件的运动参数为原动件运动参数的给定函数。

（3）轨迹复演：使连杆上某点的轨迹能近似地与给定曲线复合。

（4）瞬时运动量约束：按构件在某些特定位置时的运动量来设计机构的结构参数。

准点——符合预定条件的几个位置。

只要求几个位置处符合给定条件的机构综合方法称为准点法。

减小结构误差的途径是：合理确定准点的分布。

可按契比谢夫零值公式配置准点。

第三节学习本课的方法1．注意基本理论与基本方法之间的联系2. 用工程观点学习理论与基本方法3．注意加强感性认识和实践性环节第二章机构的结构分析第一节概述构成机构的基本要素——构件运动副运动链运动副：两构件间直接接触且能产生某些相对运动的联接称为运动副。

约束---对构件间运动的限制。

运动副元素—运动副参加接触的部分。

空间运动副和约束的关系。

平面机构中只有Ⅳ级副和Ⅴ级副。

（为什么？）低副---副元素为面接触（如移动副、转动副）；高副----副元素为点（线）接触。

运动链---构件由运动副连接而成的系统。

机构—选定机架，给相应的原动件，其余构件作确定运动的运动链。

第43卷第3期包装工程2022年2月PACKAGING ENGINEERING·228·基于2-RCU/CUR并联机构的运动学分析文杰，马春生，刘建国，李瑞琴，屈淑维（中北大学机械工程学院，太原030051）摘要：目的随着产品的种类的丰富，出现了各类产品喷码方式不同的问题。

为使得喷码机适用于不同产品，文中提出一种转动幅度较大的2-RCU/CUR机构，用于多种类产品喷码。

方法应用螺旋理论对2-RCU/CUR机构进行自由度分析，并用改进的G-K公式进行验证，用闭环矢量法对机构的位置分析进行反解，在SolidWorks软件中绘制出机构模型，最后用Matlab软件对机构工作空间编程求解并绘制出工作空间。

结果2-RCU/CUR并联机构具有3个自由度，分别为2个转动自由度和1个移动自由度，在机构的工作空间内，动平台绕y轴的转动可达90°，且在工作空间内没有奇异位型。

结论2-RCU/CUR并联机构结构简单且稳定，工作精度高，工作空间较大，可以适用于多种产品喷码流程，可以提高经济效益。

关键词：2-RCU/CUR；自由度；位置反解；工作空间中图分类号：TB486；TH112 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2022)03-0228-06DOI：10.19554/ki.1001-3563.2022.03.028. All Rights Reserved.Kinematics Analysis Based on 2-RCU/CUR Parallel MechanismWEN Jie, MA Chun-sheng, LIU Jian-guo, LI Rui-qin, QU Shu-wei(School of Mechanical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China)ABSTRACT: With the variety of products being enriched, the labeling methods for various products are also different.The work aims to propose a 2-RCU/CUR mechanism with large rotation that can be used to label different products, so asto make the marking machines suitable for various products. The degree of freedom of 2-RCU/CUR mechanism was ana-lyzed by screw theory and verified by the improved G-K formula. The closed-loop vector method was used to carry outinverse kinematics on the position of the mechanism, and the mechanism model was drawn in SolidWorks software. Fi-nally, the workspace of the mechanism was programmed and solved by Matlab software and the workspace was drawn bythis software. The 2-RCU/CUR parallel mechanism had three degrees of freedom, two for rotation and one for movement.In the workspace of the mechanism, the rotation of the moving platform reached 90° around the y axis, and there was nosingularity mode in the workspace. The 2-RCU/CUR parallel mechanism has a simple and stable structure, with highworking accuracy and large workspace and can be applied to a variety of product labeling processes to improve the eco-nomic benefits.KEY WORDS: 2-RCU/CUR; degree of freedom; inverse kinematics; workspace收稿日期：2021-06-08基金项目：山西省自然科学基金（201801D121183）；山西省回国留学人员科研资助项目（2021-114）作者简介：文杰（1998—），男，中北大学硕士生，主攻机构理论与机器人技术。

2017年5月机床与液压 May 2017第 45 卷第9 期MACHINE TOOL &HYDRAULICS Vol.45 No.9 DOI：10.3969/j.issn. 1001-3881. 2017. 09. 0104-RRR冗余并联机构工作空间的SimMechanics求解陆正杰，郝亮亮(河池学院物理与机电工程学院，广西宜州546300)摘要：由于传统的工作空间分析方法局限于理论计算，而工作空间分析是机构设计及运动控制的基础，故采用了 Smi- Mechamcs建立4-RRR冗余并联机构三维仿真实体运动学模型，对工作空间进行仿真研究；利用数值实例以驱动杆和从动 杆的影响因子A为条件采用运动仿真法编程得出了该机构的工作空间。

结果表明：该机构的工作空间具有对称性且内部无 空洞；当A逐渐增大时，该机构的工作空间逐渐增大，当A>0. 6时边界处的空洞增加，机构在边界的奇异位置点增多。

与3-RRR并联机构的工作空间对比，机构的可达工作空间明显增大，这表明引人冗余是一种有效解决3-RRR并联机构的奇异 位形多，增大其工作空间的方法。

关键词：4-RRR冗余并联机构；工作空间；SimMechanics中图分类号：TH112 文献标志码：A 文章编号：1001-3881 (2017) 09-034-4Workspaces Solution of 4-RRR Redundant Parallel Mechanism by SimMechanicsLU Zhengjie,HAO Liangliang(Department of Physics and Electronic Engineering,Hechi University,Yizhou Guangxi 546300, China) Abstract ：Because the traditional workspace analysis method is limited to the theoretical computation, and the workspace analysis is the foundation of the mechanism design and the movement control, therefore the SimMechanics was used to established the 4-RRR redundant parallel mechanism three dimensional simulation kinematics model, which workspace was carried on the simulation research. Then the workspace of the mechanism was obtained by using the numerical example to drive the influence factor of the rod and the follo­wer. The results show that the workspace of the mechanism is symmetrical and there is no empty inside ；when A gradually increasing, the workspace of the mechanism increases gradually, when A>〇. 6, the hole at the boundary is increased, the singular position of the mechanism is increased. Compared with the workspace of the 3-RRR parallel mechanism, the reachable workspace of the mechanism is obviously increased, which indicates that the introduction of redundancy is an effective method to solve the singularity of the 3-RRR parallel mechanism, and increase the workspace of the parallel mechanism.Keywords：4-RRR redundant parallel mechanism；Workspaces；SimMechanics〇前言学者的研究表明：与串联机构相比，并联机构具 有奇异位形和有效工作空间小等缺点[1]。

1引言少自由度并联机器人相较于6自由度并联机器人，可以满足大多数工业操作的需要，机构的复杂度和成本较低，运动学和动力学模型较简单，控制较容易。

因此，少自由度并联机器人具有广阔的应用前景。

目前，关于少自由度并联机器人的研究、开发和应用工作正在日益广泛深入地进行中，许多研究成果已经逐步应用于科研实验和生产中，取得了很好的经济和社会效益[1]。

工作空间作为并联机构性能的重要指标之一，直观地显示了机构末端执行器的工作能力，在一定程度上对并联机器人操作器的设计、控制、校准等综合优化都起着至关重要的作用。

相较于串联机构，并联机构的工作平面并联机构工作空间的三维螺旋扫描CAD求解申旭阳1，侯志利2，秦慧斌1，吴霄11.中北大学先进制造技术山西省重点实验室，太原0300512.太原理工大学机械工程学院，太原030024摘要：针对平面并联机构无奇异位置工作空间求解困难、过程繁琐、计算量大等问题，提出了基于CAD求解平面并联机构工作空间的三维螺旋扫描方法。

将n自由度平面并联机构分解成n条支链进行独立分析，得到每条支链下末端执行器的可达区域，再将所有支链可达区域取交集即为平面并联机构工作空间。

应用SolidWorks软件建立平面并联机构模型，进行几何特征处理，通过自动求解器求解，将求解过程图形化，快速得到同轴布局5R机构和平面3-RPR并联机构的无奇异位置工作空间。

通过同轴布局5R机构的运动学实验，验证了该求解方法的可行性。

关键词：平面并联机构；计算机辅助设计（CAD）；三维螺旋扫描法；无奇异位置工作空间文献标志码：A中图分类号：TP242doi：10.3778/j.issn.1002-8331.1806-0232申旭阳，侯志利，秦慧斌，等.平面并联机构工作空间的三维螺旋扫描CAD求解.计算机工程与应用，2019，55（1）：256-260. SHEN Xuyang，HOU Zhili，QIN Huibin，et al.Three dimensional helical scanning CAD for workspace of planar parallel puter Engineering and Applications,2019,55（1）：256-260.Three Dimensional Helical Scanning CAD for Workspace of Planar Parallel MechanismSHEN Xuyang1,HOU Zhili2,QIN Huibin1,WU Xiao11.Shanxi Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology，North University of China，Taiyuan030051，China2.College of Mechanical Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan030024，ChinaAbstract：In view of the difficulty of solving the workspace of the planar parallel mechanism without singularity position, the tedious process and the large amount of calculation,a three-dimensional spiral scanning method for the working space of planar parallel mechanism which bases on CAD is proposed.The planar parallel mechanism of n degree is decomposed into n branch chain for independent analysis.The reachable area of the end of each branch chain is obtained,and the inter-section of all the reachable area of the branch chain is the workspace of the planar parallel mechanism.The model of planar parallel mechanism is established by using SolidWorks software,and the geometric feature is processed.The solution process is solved by automatic solver.The solution process is graphed,and the non singular position workspace of the coaxial layout5R mechanism and the planar3-RPR parallel mechanism is quickly obtained.The solution is verified by the kinematics experiment of the coaxial layout of the5R machine.Key words：planar parallel mechanism;Computer-Aided Design（CAD）;three-dimensional helical scan;singularity-free workspace基金项目：先进制造技术山西省重点实验室开放基金（No.XJZZ201703）；山西省研究生教育创新项目（No.2018177）。

绪 论1. 简述机构与机器的异同及其相互关系。

2. 简述机械的基本含义。

3. 简述构件和零件的区别与联系。

4. 简述“机械运动”的基本含义。

5. 简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。

6. 简述“机械设计基础”课程在专业学习中的性质。

【参考答案】1. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。

相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。

2. 从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。

3. 构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件刚性组合而成。

4. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。

5. 研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部）件（螺栓、键、齿轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。

研究内容：机构的组成及其工作原理、结构分析、运动分析等；零（部）件结构、设计计算、类型选择、使用维护等。

6. “机械设计基础”课程着重研究各类机械中的共性问题，为进一步深入研究各种专门机械奠定基础；同时，“机械设计基础”课程的学习又涉及到高等数学、机械制图、工程力学、工程材料以及机械制造基础等知识的综合运用。

因此，“机械设计基础”是课程体系中的一门专业技术基础课程。

平面机构的自由度1. 什么是机构中的原动件、从动件、输出构件和机架？2. 机构中的运动副具有哪些必要条件？3. 运动副是如何进行分类的？4. 平面低副有哪两种类型？5. 简述机构运动简图的主要作用，它能表示出原机构哪些方面的特征？6. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？7. 平面运动副中，低副和高副各引入几个约束？8. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？9. 运动链和机构关系如何？10. 画出下列机构的示意图，并计算其自由度。