一、机构的构型及优化设计（论文文献综述）
赵福群[1]（2021）在《多操作模式折展机器人机构设计及性能分析》文中进行了进一步梳理近年来,随着机器人的设计水平与技术不断发展,其工作环境逐步向着复杂化和多样化转变,机器人的移动和操作方式也由单一化独立设计逐步向着多种功能融合与集成的方式扩展。为提高机器人适应复杂环境和任务的能力,研究学者相继提出了功能复合式、结构重构式等新型设计方式的机器人构型。然而,如何提出机器人多种功能的融合方法,以及相对应的功能切换方式,是设计过程中亟需解决的问题。此外,机器人若进行多功能融合后,支链结构往往具有较多的驱动和杆长数目,如何设计和优化机器人在非工作状态时的叠放位型,以提高运输和携带的便捷性,是机器人结构设计层面的另一重要问题。本文以机器人实现支链的可折展性为基础,基于多条支链与操作对象可组成并联机构的设计思想,将多条支链与操作对象组成的整体看作为某种并联机构的拓扑形式,并结合并联机构的结构优势和特点,提出了一类多操作模式折展机器人机构的设计方法。此外,本文分别针对机器人实现多种操作模式、移动和操作功能融合的机构本体进行了构型设计,对不同类型典型机构的工作性能、功能融合以及模式切换方法等进行了探索性研究。具体研究内容如下:（1）折展支链设计。为得到支链折展特性与操作特性之间的内在联系,通过支链中运动副的运动形式和连接特点,提出了折展因子与支链根部的概念,在此基础上,得到了支链的折展性条件。同时,考虑支链叠放区域的尺度限制,提出了支链实现兼具折展与操作自由度的构型设计方法。此类支链可在非工作状态下叠放于指定区域,且各杆件位于同一平面内,使机构在非工作状态下具有较小的占用体积。同时,支链可在进行工作时展开,并对操作对象完成不同的操作模式。（2）多操作模式折展机器人机构设计。利用多条支链可与操作对象组合为某种并联机构拓扑形式的设计思想,将操作模式映射到操作对象所实现自由度的形式上,提出了一种可根据操作任务来改变机构拓扑形式的支链与操作对象组合方法,即支链分解法和支链与平台分解法。由该方法所得到的机器人机构称为多操作模式折展机器人机构,此类机构可通过支链与操作对象的连接与释放实现多种操作模式和功能的切换。（3）可变操作性能的典型机构设计与分析。为解决机构输出性能单一化的问题,基于实现机构对操作对象实现性能重构的设计目标,提出了具有四条折展支链的多操作模式折展机器人机构构型,各支链结构分别为:RPRR,RPRRR,RPRRR和RPRR。将机构中每三条不同的支链作为一组支链与操作对象连接形成不同并联机构的拓扑形式,所形成的并联机构均能对操作对象实现2R1T的操作模式,而由于支链结构的不同,使得每组支链对操作对象的操作性能各不相同。基于得到的不同并联机构下的任务工作空间为性能指标,提出了满足具体任务需求的机构工作模式与支链切换方法,并进行了任务轨迹规划的分析与验证。（4）具有操作性能对称的典型机构设计与分析。为解决支链与操作对象所形成并联机构的操作受限于奇异位型的问题,基于实现连续高操作性能输出的设计目标,提出了具有结构和操作性能对称的多操作模式折展机器人机构构型。针对机构进行了运动学和雅克比矩阵的建立和求解,得到了机构发生奇异位型时的参数表达。结合Type-I型奇异是机构大转角输出的关键限制因素,进行了相应的切换策略和轨迹规划。在切换过程中,利用伪逆矩阵进行了基于分解运动控制时的数值模拟和关节轨迹插值计算。最终,完成了机构中执行支链与待执行支链间的切换控制,使机构可以规避奇异位型,实现对操作对象的连续性操作。（5）具有移动与操作功能融合的典型机构设计与分析。以实现移动操作复合功能的机器人作为设计切入点,设计了腿臂功能切换关节,通过将该关节配置在支链的末端,机器人可实现包括折展、移动和操作的功能模式。建立了机器人在不同模式下的运动学模型。同时,为得到机器人在操作模式下的操作性能,进行了机器人的操作力学与相应动力学的分析计算。通过建立机器人在操作模式下的动力学模型,得到了支撑支链与操作支链动力学的耦合关系。并基于力可操作度评价指标,进行了机器人在操作模式下调姿优化计算,通过仿真分析验证了机器人的操作能力。（6）多模式切换规划与仿真实验。为更好地针对机器人进行模式切换规划,将机器人的工作模式细化分为三种模式。第一模式为折展模式,包括机器人的折叠和展开过程;第二模式为移动模式,包括机器人的站立和移动过程;第三模式为操作模式,包括机器人的支撑操作过程。定义了各模式的初始位型,机构可通过运动到指定位型来实现模式之间的切换。在第一模式中,采用了较易控制的step函数进行了驱动关节的动作顺序设计。在第二模式中,主要解决了机器人站定后实现行走的问题。在第三模式中,为确定机器人在操作过程和模式切换过程的立足点,基于机器人末端操作轨迹,建立了包括四自由度操作支链的逆运动学模型,三支链与地面所组成并联机构的逆运动学模型以及两机构叠加后的逆运动学模型,并基于所建立模型完成了在第三模式下机构的任务轨迹规划。通过上述理论设计,利用MATLAB进行了仿真验证,计算得到的实际末端轨迹曲线、期望末端轨迹以及跟踪误差,其跟踪误差最大值为0.6mm。同时,利用ADAMS仿真平台完成了机器人各模式下运动以及切换过程的仿真实现,其结果为后续该机构的实际样机功能实验开展提供了理论基础。（7）典型动作与模式切换的样机功能验证。本文最后,提出了具有移动与操作功能融合的机器人样机结构设计方案和控制系统,进行了样机的动作调试。在调试中,针对移动和调整立足点时支链末端轨迹进行了解算验证,实现了支链末端轨迹的期望运动。基于理论和仿真结果,对机器人开展了包括折展模式、四足移动模式、操作模式的工作过程以及各模式之间相互切换的样机功能验证实验。实验结果表明了所设计机器人的样机可以在预定的模式规划中平稳运行与切换,证明了此类机器人在设计方法与模式切换规划上的可行性和正确性。
史汉卿[2]（2021）在《五自由度并联驱动修磨机械臂设计与分析》文中研究表明钢铁工业是自动化程度较高的流程工业之一,工业机器人已成为欧美国家钢铁生产线的主流配置。近年我国部分钢铁企业也在炼钢、轧制等关键工序开始应用工业机器人。特钢棒材精整作业包含拆捆、打捆、修磨、贴标、称重等作业工序,具有转运频繁、环境恶劣、劳动繁重、安全风险高等特点,迫切需要推动作业岗位机器人化及无人化,以满足特钢企业安全、高质、高效的生产需求。修磨作为特钢精整现场的关键工序,可消除产品缺陷,提升产品附加值。现有磨抛装备大多采用串联机构,主要适用于金属去除量小的柔性打磨抛光任务,制约着特种钢材智能化修磨向高精度、大荷重的方向发展。本文依据特钢棒材精整现场人工双臂修磨方式,设计了一种仿人上肢的五自由度并联驱动修磨机械臂,对其机构学进行了深入的研究。分析了特钢棒材表面微裂纹缺陷的形貌特征,并根据精整工艺要求确定了修磨机械臂需具备的自由度特性,即三维移动和二维转动。通过研究修磨过程中人体双臂的拓扑结构和运动模式,分析了人工双臂修磨的运动特征。利用仿生学原理设计了仿人体上肢结构的修磨机械臂执行机构和驱动机构构型,综合出两种满足修磨工艺要求的驱动机构。系统分析了全部机构的方位特征集,确定了执行机构运动输入点和对应的运动输入特征。通过设置同轴转动副改善了修磨机械臂的耦合性。基于方位特征方程研究了驱动机构和执行机构的运动匹配性,确定了驱动机构各分支与执行机构的运动匹配关系和所需的拓扑结构条件。设计了五自由度并联驱动修磨机械臂的构型方案和修磨机器人的原理样机。利用齐次变换法建立了修磨机械臂机构的位置反解模型。基于变分几何法在CAD软件中绘制了机构的可达工作空间。对第一驱动分支建立复数方程,求解了其关节和任务空间的映射矩阵,对第二驱动分支的运动学回路向量方程求导,得到了第二驱动分支的雅可比矩阵,通过分析执行机构局部坐标系之间的变换关系并构造矩阵得到了修磨机械臂机构的全雅可比矩阵。基于牛顿迭代法建立了机构的位置正解模型,并通过仿真验证了运动学模型的正确性。通过定义机构的全域位置敏感度系数指标,绘制了一套参数化性能图谱,系统地分析了特定工况下驱动系统分辨率对机构位置分辨能力的影响程度。对修磨机械臂进行力学分析,通过定义错切变换矩阵,简化了第一驱动分支和执行机构之间静态分析过程,求解了修磨机械臂在静态平衡状态下驱动力与输出力之间的映射关系。对驱动机构和执行机构各支链质心的速度和加速度分析,建立了修磨机械臂的动力学模型。利用无量纲雅可比矩阵对修磨机械臂的局域运动学性能进行评价。综合考虑驱动机构和执行机构多分支之间的耦合效应和高维参数设计空间的特点,提出了多分支协同优化策略。分别建立了驱动机构和执行机构的优化设计模型,根据特钢棒材修磨任务的特点提出了四个设计指标,包括工作空间体积指标、全域灵活性指标、全域刚度指标和匹配性指标。绘制了关于上述指标的性能图谱,分析了各指标和不同尺寸之间的关系,得到了各驱动分支和执行机构的优质尺度域,计算出修磨机械臂全域最优结构参数。本文的研究内容为该修磨机械臂的开发与应用提供理论基础,对扩大并联驱动机构应用范围、推动冶金工业智能化发展具有一定意义。
李传扬[3]（2021）在《模块化对称式3-R（SRS）RP多环机构操作臂研究》文中进行了进一步梳理随着我国载人飞船、空间站、月球和火星探测、对地观测、空间科学研究等重大航天工程的陆续启动与实施,对可实现空间大范围在轨操控任务的宇航空间机构的需求越来越迫切。在未来航天任务中,宇航机构必须具备开展大范围空间作业的能力,如实现太空垃圾的回收、失控卫星的轨道修正与维护、实施空间攻防等。而目前的空间操控技术多有弊端,如:大尺度变几何桁架结构和驱动较为复杂,关节式机械臂整体刚度低且操作不够灵活。因此,迫切需要研究一种大尺度、多自由度、高刚度、可折叠的空间桁架式操作臂系统。受生物细胞学理论启发,将机构中的运动副、运动支链以及机构本身视为细胞,并用旋量代数理论完成其数学表达。基于细胞学中的裂胞过程,提出裂胞自由度分析法及裂胞奇异分析法,用以分析多环耦合机构的自由度及构型奇异性。采用自由度分析法对三个代表性的多环耦合机构进行分析,以证明方法的正确性。提出对称式3-R（SRS）RP多环机构新构型,其中R表示转动副,S表示球副,P表示移动副,相比并联机构具有更大的刚度质量比;将多个多环机构模块首尾串联可构造空间模块化操作臂,其刚度优于关节式机械臂,适合于操作臂的大型化并具备可折叠功能。采用绳杆式的结构设计方案可进一步增强其整机刚度。提出一种新型球副机构,并构建由两个同心球副及一个轴线过中心的转动副组成的SRS复合铰链,可实现真正的理想节点设计,增强运动精度,并简化运动学及动力学模型。对多环机构的几何、自由度、构型奇异特性进行分析,可知:（1）机构具有3个自由度,分别为绕中间平面相交两轴线的转动及沿中间平面法线方向的移动;（2）机构在运动过程中的任意姿态,上下两个单元始终关于中间平面对称;（3）由于机构中间移动副的存在,其构型奇异位姿均可避免。对多环机构运动特性分析可知:（1）机构理论上可实现完全折叠和动平台最大180°的转动;（2）机构几何奇异位姿位于其工作空间的边界位置,在工作空间中运动始终为连续运动。通过模块化操作臂系统运动学和工作空间分析可知,操作臂具有优良的折叠与弯曲运动性能,三模块操作臂工作空间近似球形,具有较好的操作范围。3-R（SRS）RP多环机构具有多个单自由度铰链（转动副和移动副）,其需要3个驱动实现全驱动,具备84种驱动模式配置可能,主要有3R类,2R1P类,1R2P类,以及3P类四大类型。因此,本文提出一种驱动模式优化方法,包含广义驱动力均布准则、功率消耗均布准则以及驱动策略准则。对3-R（SRS）RP多环机构驱动模式进行分析可知,3R类驱动模式在功耗分布方面最优,但在驱动策略准则角度,3P类驱动模式为最优解。提出一种多模块操作臂驱动模式分配策略,确定三模块多环机构操作臂驱动模式分配方案为:接近静平台的模块采用3R类驱动模式,其余采用3P类驱动模式。此外,建立三模块操作臂系统的动力学模型,求解得到系统的广义驱动力列阵,用以设计操作臂样机及电机选取。搭建三模块多环机构操作臂样机实验测试系统,并分别开展模块运动模式验证实验、运动学特性验证实验、两种同构驱动模式下功耗测试实验、操作臂广义驱动力测试实验,分别验证本文对3-R（SRS）RP多环机构的构型特性分析、运动特性分析、驱动模式分析以及动力学分析的正确性。从而证实模块化3-R（SRS）RP多环机构操作臂具备空间大尺度、多自由度、高刚度、可折叠的特点,具备空间应用的潜力。本文研究工作的开展为我国空间大尺度智能结构体设计理论与方法贡献思路,为空间非合作目标的抓取及空间大范围灵活操控提供理论和技术支持。
王昊[4]（2021）在《新型六自由度运动模拟平台的设计与分析》文中研究指明并联机构具有精度高、承载能力大、位置反解简单等优点,特别是以Stewart平台并联机构为主的六自由度并联机构,研究应用广泛。但Stewart平台并联机构其本身存在一些不足,而且目前对于其他构型结构的六自由度并联机构研究匮乏。本文基于以上背景,提出了一种具有闭环支链的新型六自由度并联机构,用于运动模拟平台。论文对此新型并联机构进行了相应的理论分析和虚拟仿真,并结合人体体感模型运动阀值,优化了仿真运动轨迹,为新型并联机构的工程应用研究提供了参考。本文的主要工作内容如下:1.本文采用了尺寸优化和构型设计改进相结合的设计方法,通过该方法确定了机构的基本参数,并结合修正后的K-G公式验证的方式,得到了新型六自由度并联机构构型3-PSSPUU-R。对设计出的新型并联机构搭建了三维仿真模型,并简述了各部分结构的具体形式。以减少运动干涉、容易制造装配、便于后期调节优化等设计依据,设计了一款与仿真模型同比例尺寸的样机模型,并命名为新型六自由度运动模拟平台。2.对新型并联机构进行了位置反解分析,基于反解模型方程绘制了工作空间,并根据工作空间的技术参数以虚拟运动学仿真的形式进行了运动空间和驱动副行程的双向验证,为后续优化奠定了一定的理论基础。3.基于运动学仿真的数据,合理设置驱动时间参数得到了运动过程的最大驱动扭矩,完成了动力系统设计。基于人体体感模型,通过MATLAB/ADAMS联合仿真的方式优化了最终仿真轨迹。4.对样机模型进行静力学有限元计算分析,并提出了样机装配及振频控制的建议,结果验证了样机设计的可靠性与安全性。
殷康程[5]（2021）在《星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计》文中研究说明卫星互联网系统以宽覆盖、低延时、大容量以及不受地域影响等优势逐步成为卫星通信技术发展的主要趋势,具有巨大的商业价值和重要的战略意义。星载天线指向机构处于卫星通信系统的最前端,其性能的好坏将直接影响到卫星系统的通信质量。因此,研制出高性能、低成本的星载天线指向机构成为卫星互联网系统未来发展的主要研究方向之一。本文结合国家低轨卫星互联网某卫星的工程实际需求,针对双反射面偏置天线的结构特点,通过优化设计分析、力学仿真和试验验证相结合的方法,创新性地提出一种宽覆盖和轻小型化的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案。该方案有效地解决了传统指向机构难以在实现对地大范围覆盖的同时兼顾体积和重量的难题。本文天线指向机构设计的主要研究工作如下:（1）分析并总结国内外各类星载天线指向机构构型的特点,并且基于双反射面偏置天线的特点和航天系统的特殊要求,创新性的提出一种宽覆盖和轻小型化的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案。（2）深入研究复合材料层合板理论与结构尺寸优化理论,以线胀系数最小与结构刚度最高为目标,对双轴连杆部件分别进行了铺层优化与截面尺寸优化设计,使双轴连杆部件的热稳定性与动力学性能得到有效提升。（3）为避免质量冗余,基于SMA直线型双程偏置驱动器,对锁紧释放装置与结构支撑进行一体化设计。通过数学建模对锁紧支撑结构处的抗倾覆力矩性能影响因素进行分析,获得了锁紧支撑结构最优配置参数,使指向机构的轻小型化程度得到显着提高。（4）通过力学仿真与试验验证相结合的方法,对指向机构的动力学性能进行验证,并完成了机构双轴指向精度、速度稳定度以及双轴夹角精度的检测,验证了天线指向机构设计的合理性与可靠性。以上设计优化与试验检测工作,对推动双反射面偏置天线在航天系统中的应用、提高我国卫星互联网系统的通信能力具有重要的理论和工程借鉴意义。
蔡高源[6]（2021）在《不同尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化设计》文中指出柔顺机构是通过其自身材料的弹性变形实现力或位移从输入端到输出端传递的整体式机构。与目前已知的传统刚性机构相比,柔顺机构因其特有的传递性质,而具有无需装配与润滑、运动无噪声、摩擦小、可靠性高、易于小型化等优点。因此,柔顺机构被广泛应用于生物医疗器械、超精密定位、航空航天、微机械系统等多种高新技术领域中,成为机械设计行业热点之一。目前,应用于柔顺机构构型设计最为主流的方法为拓扑优化方法。然而,传统柔顺机构拓扑优化模型所设计的结果中普遍存在虚铰,将导致机构整体变形集中于虚铰附近。虚铰的存在将导致机构局部应变过大、应力集中、难以小型化、制造困难等问题。因此,本文针对传统柔顺机构拓扑优化模型进行了改进,在不同尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化设计方面进行了深入地探讨。主要研究内容如下:（1）针对机构传统宏观拓扑优化结果进行了分析。以传统宏观柔顺机构拓扑优化数学模型作为基础,输出端位移作为目标函数,通过数值计算获得了具有虚铰的伪刚体模型,并详细地分析了其优化结果存在的不足之处。（2）建立宏观尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化模型。在系统分析虚铰产生的内部机理的基础上,对传统优化模型进行改进。以几何增益来代替传统模型中的输出位移作为目标函数,来保证机构满足输出要求的同时具有较高的输出效率。同时引入微观转角这一新的概念当做约束条件,以此为基础建立无铰链式柔顺机构的优化模型。并由实际机构作为算例证实了该模型的真实性以及避免虚铰产生的有效性。（3）引入偶应力理论建立微观尺度下柔顺机构拓扑优化模型。在改进的拓扑优化模型中引入偶应力理论,将柔顺机构的拓扑优化设计推广至微观尺度,建立微观尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化模型。经实例证明,该模型可有效地完成微观尺度下无铰链式柔顺机构的设计工作。（4）面向宏观尺度下传统与改进模型所设计的各柔顺机构进行结构静力分析。首先,基于宏观尺度下传统与改进优化模型所设计反向位移、柔性夹钳、转向器等柔顺机构最优拓扑形式,对其进行三维建模。而后,根据实际工程及生产中需要,基于有限元分析软件平台施加相应的载荷与约束,对其进行有限元分析。最后,通过不同模型的变形模式,进一步说明了改进后构型的优势。（5）对于宏观尺度改进模型所设计的柔顺机构开展谐响应分析。在结构静力分析的基础上,对宏观尺度下改进后模型所获得的最优拓扑形式进行谐响应分析,以获得改进后机构实际生产应用中的最佳工作频率段,提高其工作生产的效率。
宋艳艳[7]（2021）在《约束变胞机构的冲击动力学特性与参数优化研究》文中提出变胞机构基础理论的不断丰富和发展使其在各个工程领域中得到了广泛应用,此类应用主要是以面向作业任务的约束变胞机构为主。约束变胞机构在运动过程中,因构态切换产生的冲击作用使机构的运动精度下降,加剧动态输出振荡,影响整个系统的稳定性,严重时无法完成变胞过程。对考虑冲击作用的约束变胞机构动力学特性与参数优化进行研究在理论发展和工程应用上具有十分重要的价值和意义。本文以约束变胞机构为研究对象,对其冲击动力学特性和参数优化进行了以下五个方面的研究:第一,引入等效阻力系数描述扩展Assur杆组在变胞过程中运动副所受约束类型的变化,分析变胞运动副在典型约束形式下的等效阻力系数,得到在对应等效阻力系数下变胞运动副的运动特性。在此基础上,提出扩展Assur杆组的3类变胞构态,建立其模块化动力学模型,进而得到约束变胞机构稳态构型下的模块化动力学模型。对其进行仿真研究,提出机构构态切换时的冲击运动问题。第二,根据构态切换形式,将约束变胞机构构态切换时的冲击运动分为Ⅰ类冲击运动和Ⅱ类冲击运动。运用多刚体系统动力学理论分别建立系统的Ⅰ/Ⅱ类冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论与恢复系数方程,推导出约束变胞机构的Ⅰ/Ⅱ类冲量求解模型。对Ⅰ/Ⅱ类冲击运动算例进行仿真分析,搭建冲击动力学测试实验系统开展实验研究,理论结果与实验结果吻合较好,验证了模型的正确性和有效性。第三,对Ⅰ/Ⅱ类冲击动力学模型进行等效分析,建立变胞运动副冲量求解模型。在Ⅰ/Ⅱ类冲量和变胞运动副冲量的双重作用下,运用Newton-Euler方程,推导出约束变胞机构非变胞运动副的冲量求解模型。仿真研究Ⅰ/Ⅱ类冲击运动算例的内部关节冲击问题。第四,对约束变胞机构构态切换时的冲击运动性能进行研究。分析Ⅰ/Ⅱ类冲量、变胞运动副冲量和非变胞运动副冲量的影响因素,建立机构的全局/局部条件数性能指标、速度性能指标。提取速度突变量和Ⅰ/Ⅱ类冲量之间的映射矩阵,构造机构的全局/局部冲击性能指标。建立机构的冲击动力学性能方程,提出机构的全局/局部动力学条件数指标。定量评估机构参数对冲击运动性能指标的影响程度,为约束变胞机构参数优化及冲击性能改善提供理论依据。第五,基于冲击运动性能评价指标,运用权重系数法,将多性能指标转换成综合性能指标,从而建立机构参数优化设计模型。以Ⅰ/Ⅱ类冲击运动算例为研究对象,分类建立机构参数优化设计模型,并验证其可行性。
李卓[8]（2021）在《六自由度并联调姿装备数字化设计研究》文中指出人类对外太空的探索在不断加速,我国的航天事业亦在高速发展。大型航天设备大体积、重载荷、高精度的特点以及航天器大部件间的精确对接装配需求,决定了其装配装备应具备空间六自由度精准调姿的功能。而六自由度并联调姿机构的设计存在应用场景复杂、创新设计周期长、方案评价理论缺乏、方案改进设计依赖设计者经验等问题。本文以缩短设计周期为目标,从力学及运动学性能需求出发,以构型综合为工具,开展快速创新设计的理论及方法研究。首先,创建计算机辅助设计六自由度单支链构型库的创新设计方法。针对创新设计周期的不足,参考学习现有的并联机构构型综合理论,重新构建一种计算机辅助六自由度并联机构构型综合的设计方法,利用数学中的不等式方程组,提出六自由度单支链的组合条件约束。给出六自由度单支链数学表达定义,通过编程求解得到六自由度单支链构型库。其次,研究基于功能条件筛选六自由度单支链的方法。选择现有的对串联机构的仿真评价方法,仿真并分析六自由度单支链库中的基础单支链性能,并利用数学建模的方法构建出六自由度单支链的评价系统,为研究满足目标条件的六自由度并联机构设计提供单支链构型依据。进而,确定目标六自由度并联构型。将六自由度并联机构的承载能力作为约束条件,研究筛选出包括单支链运动副顺序以及单支链数量的六自由度并联构型的方法。利用现有并联构型的承载极大值和极小值,对所提出的几个六自由度并联机构进行评价,筛选出满足目标要求的相对优化的六自由度并联机构。通过对具体应用环境和具体目标要求的分析,依据工程实际对构型进行改进优化,提出最终选定的六自由度并联机构结构。最后,智能创新设计方法实例验证。根据六自由度并联机构构型创新设计算法流程,以实际工程项目为案例,进行设计,解决其高承载,低矮空间等问题。通过实例分析,验证设计方法的可行性及设计周期的时效性。
付冰双[9]（2021）在《基于运动/力传递性的并联微动机构综合与优化设计研究》文中认为并联机构具有精度高、刚度大、体积小等优点,因此在机构设计中可用柔性铰链替代刚性铰链,使其成为并联微动机构,可以提高柔性机构的精度、刚度,并使其结构紧凑。其中,三自由度并联微动机构广泛应用于航空航天、精密定位以及生物医疗等工程领域,因此成为科技工作人员研究的重点。本文的研究目的在于找到一种三自由度高运动/力传递性并联微动机构综合设计方法,从而减少机构在运动过程中能量的损耗。再根据螺旋理论综合出一系列三自由度高运动/力传递性能并联微动机构,丰富并联微动机构新构型。本文从机构构型和尺度优化两方面入手研究,主要内容如下:首先,简要介绍了机构综合设计的理论基础,包括图谱法、运动/力传递性评价指标以及一些常用的柔性铰链;基于螺旋理论与图谱法,用直观的方法表示出三平移、两转一移、两移一转并联微动机构的自由度空间、约束空间、驱动空间,将刚性并联机构中的运动/力传递性能作为评价指标引用到并联微动机构中,并据此得到高运动/力传递性能并联微动机构的布置规律。然后,在高运动/力传递性能并联微动机构的布置规律的基础上,基于螺旋理论综合设计了一系列三平移、两转一移、两移一转并联微动机构,建立了部分机构的三维模型,并选取典型的3-RPC、3-RPS、3-RRR并联微动机构进行运动学分析,并应用MATLAB编程验证了机构的运动/力传递性能,另外基于柔度矩阵叠加法对这三个机构进行了静刚度分析,并用ANSYS软件仿真验证了机构的刚度特性。最后,提出了基于柔度衡量机构内在运动/力传递性以及减少寄生运动的方法,基于此方法对3-RPS并联微动机构进行了参数优化设计,建立优化机构的三维模型,应用有限元方法验证了机构的能量利用效率和寄生运动的大小,得到了性能优良的并联微动机构。
严浩[10]（2021）在《具有广义肩关节的上肢康复机器人机构设计分析及人机协同控制研究》文中提出目前针对上肢康复机器人的研究已经较为深入,考虑人体肩关节复合结构的康复机器人是目前研究的趋势。同时上肢康复机器人的研究中还存在人机相容性差、人机舒适度差、患者运动意图识别不精准等问题。本文针对以上研究问题,从构型设计与人机分析、机构优化与结构设计、变安全区域下轨迹规划、人机协调控制策略、实验平台搭建与实验验证五个方面对具有广义肩关节的上肢康复机器人进行研究,具体研究内容如下:基于人体上肢生理解剖结构和关节运动机理,建立人体上肢等效机构模型。并引入ISB（International Society of Biomechanics）肢体运动描述方法,以及肩胛带各关节与盂肱关节之间运动角度函数关系。在此基础上搭建外骨骼-人体封闭运动链,进行外骨骼康复机器人人机运动相容型构型设计。基于Hunt公式求解恰约束或欠约束条件下需引入被动驱动自由度数。针对广义肩关节结构,依据运动学约束方程,提出多种主被动驱动组合方案。优选出两种方案分别进行运动学性能分析比较,确定最优人机相容型康复机械臂构型方案。针对所优选构型肩关节处电机个数多、工作空间受限的问题,提出一种在给定工作空间条件下对机械臂肩关节转动轴线夹角进行优化的方法。首先利用指数积公式和Paden-Kahan子问题,分别求解了机械臂盂肱关节的三个转动副运动学正反解,然后提出一种角度评价指标对转动轴线夹角进行优化。利用MATLAB软件分析机械臂盂肱关节与人体的干涉情况,给出机械臂盂肱关节相对于人体的最优安装位姿,求解优化后的上肢康复机器人结构的运动学正反解。最后基于上肢康复机器人的临床设计要求、人体肢体尺寸和关节运动空间,对具有广义肩关节的上肢康复机器人进行结构设计。基于不同患者的病情差异性,提出上肢康复机器人变安全运动区域概念。基于传统的上肢康复训练方案,提出在不同平面内进行轨迹运动的康复方案,并利用图解法分别对几个代表性的训练平面内安全运动区域边界进行求解。应用五次多项式插值法分别对矢状面、桌面高度水平面内的直线和圆周轨迹进行规划。针对上肢康复机器人与人体碰撞的安全隐患,提出一种康复过程中不同体姿下的人机安全距离数学模型。分别在患者肢体运动意图识别和康复机器人人机协调控制策略两个方面进行研究,首先建立基于力学传感器的患者主动运动意图识别模型,确定关节角度、传感器检测力/力矩和人机交互力之间的映射关系。其次提出基于末端人机交互力的导纳控制策略,利用MATLAB软件搭建了上肢康复机器人Simulink仿真模型,验证在末端人机交互力的影响下机械臂的柔顺性;定义康复辅助力计算方法,形成康复机器人助力训练控制策略;基于量子粒子群和支持向量机混合算法,建立患者的主动参与程度评价模型。搭建上肢康复机器人实验平台并进行相应的验证实验,首先对肩关节机构优化前后可达工作空间进行对比,实验验证优化后的肩关节机构工作空间变大。随后对人机交互力映射模型进行实验验证。然后分别在矢状面和桌面高度水平面内进行直线、圆周轨迹跟踪实验,跟踪误差均在康复训练允许范围之内。最后在10名健康志愿者的参与下,对患者主动参与训练程度的评价模型进行实验验证。
二、机构的构型及优化设计（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、机构的构型及优化设计（论文提纲范文）
（1）多操作模式折展机器人机构设计及性能分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 课题相关的研究现状 |
| 1.2.1 机器人多支链操作与折展设计 |
| 1.2.2 基于并联机构理论的机器人设计 |
| 1.2.3 移动与操作复合式机器人设计 |
| 1.3 研究内容 |
| 2 尺度限定条件下折展支链的设计方法 |
| 2.1 多操作模式折展机器人机构及任务描述 |
| 2.2 可配置操作度与折展支链数目 |
| 2.2.1 可配置操作度 |
| 2.2.2 支链配置数目 |
| 2.3 尺度约束下的可折展支链设计 |
| 2.3.1 关节数量确定 |
| 2.3.2 支链折展性条件 |
| 2.3.3 基于折展因子的支链构建 |
| 2.4 折展支链构型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 多操作模式折展机器人机构的设计方法 |
| 3.1 基于操作功能的机构分类及模式切换 |
| 3.1.1 操作功能分类 |
| 3.1.2 模式切换描述 |
| 3.2 基于支链与操作物体组合的设计方法 |
| 3.2.1 支链分解法 |
| 3.2.2 支链与平台分解法 |
| 3.3 机构设计实例 |
| 3.3.1 机构设计流程 |
| 3.3.2 含有单级平台的操作类机构构型设计 |
| 3.3.3 含有两级平台的移动操作类机构构型设计 |
| 3.3.4 含有两级平台的协同操作类机构构型设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 支链切换下的多操作模式折展机器人设计与分析 |
| 4.1 可变操作性能的多操作模式折展机器人机构 |
| 4.2 可变操作性能的多操作模式折展机器人机构分析 |
| 4.2.1 机构的运动学分析 |
| 4.2.2 各模式下工作性能的对比分析 |
| 4.2.3 基于位置工作空间下的支链切换 |
| 4.2.4 机构结构参数对工作性能的影响 |
| 4.3 性能空间对称型多操作模式折展机器人机构 |
| 4.3.1 性能空间对称型多操作模式折展机器人机构设计 |
| 4.3.2 运动学分析 |
| 4.3.3 机构奇异性分析 |
| 4.3.4 基于Type-I型奇异支链折展运动规划 |
| 4.4 支链折展与模式切换规划控制 |
| 4.4.1 支链折展位姿模型 |
| 4.4.2 支链折展路径规划算法 |
| 4.4.3 仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 多功能融合下的多操作模式折展机器人设计与分析 |
| 5.1 机器人运动学及性能分析 |
| 5.1.1 运动学分析 |
| 5.1.2 各模式下的速度分析 |
| 5.1.3 工作空间的计算 |
| 5.2 操作模式下动力学分析 |
| 5.2.1 支链的动力学模型 |
| 5.2.2 操作模式下的动力学模型 |
| 5.3 操作模式下力学性能与优化 |
| 5.3.1 基于力学可操作性的力学评价 |
| 5.3.2 基于力学评价指标的机构调姿优化 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 机器人模式切换的虚拟仿真及样机功能验证 |
| 6.1 模式定义与模式规划仿真 |
| 6.1.1 工作模式与切换 |
| 6.1.2 模式切换节点分析 |
| 6.2 工作模式与切换仿真 |
| 6.2.1 折叠模式与移动模式切换 |
| 6.2.2 移动模式下步态规划 |
| 6.2.3 移动模式与操作模式切换 |
| 6.3 样机设计与功能验证 |
| 6.3.1 样机设计与搭建 |
| 6.3.2 样机实验前调试 |
| 6.3.3 模式切换功能验证 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）五自由度并联驱动修磨机械臂设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 磨抛装备的研究现状 |
| 1.2.2 磨削工艺的研究现状 |
| 1.3 并联机构的应用及其扩展 |
| 1.3.1 基于传统并联机构的加工装备研究进展 |
| 1.3.2 广义并联机构的发展 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 基于仿生学的修磨机器人构型设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 修磨机器人功能与设计要求 |
| 2.3 人体双臂修磨原理分析 |
| 2.4 基于仿生学的修磨机械臂拓扑结构设计与分析 |
| 2.4.1 修磨机械臂执行机构拓扑结构设计 |
| 2.4.2 修磨机械臂驱动机构拓扑结构设计 |
| 2.4.3 机构运动匹配性及解耦性研究 |
| 2.5 修磨机器人构型设计 |
| 2.5.1 基于并联驱动机构的修磨机械臂构型设计 |
| 2.5.2 修磨机器人构型和虚拟样机设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 修磨机械臂运动学与机构位置分辨能力研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 修磨机械臂位置分析 |
| 3.2.1 修磨机械臂机构介绍及坐标系建立 |
| 3.2.2 修磨机械臂几何结构 |
| 3.2.3 修磨机械臂逆向运动学 |
| 3.3 修磨机械臂速度分析 |
| 3.3.1 驱动机构速度分析 |
| 3.3.2 执行机构速度分析 |
| 3.4 修磨机械臂正向运动学 |
| 3.5 机构位置分辨能力分析 |
| 3.6 修磨机械臂可达工作空间 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 修磨机械臂力学分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 修磨机械臂静力学分析 |
| 4.3 修磨机械臂动力学分析 |
| 4.3.1 加速度分析 |
| 4.3.2 第一驱动分支动力学方程 |
| 4.3.3 第二驱动分支动力学方程 |
| 4.3.4 执行机构动力学方程 |
| 4.3.5 运动平台的动力学方程 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 修磨机械臂性能评价及优化设计研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 修磨机械臂性能评价 |
| 5.3 修磨机械臂优化设计 |
| 5.3.1 优化参数与优化策略 |
| 5.3.2 优化设计指标 |
| 5.3.3 修磨机械臂驱动机构优化设计 |
| 5.3.4 修磨机械臂执行机构优化设计 |
| 5.4 修磨机械臂关键几何参数计算 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）模块化对称式3-R（SRS）RP多环机构操作臂研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.2 大型空间操作臂研究发展现状 |
| 1.2.1 空间关节式机械臂 |
| 1.2.2 其他操作臂系统 |
| 1.3 空间多环机构研究发展现状 |
| 1.3.1 多环机构构型及应用 |
| 1.3.2 球副机构及复合球铰 |
| 1.3.3 多环机构理论分析 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 多环耦合机构自由度及奇异性分析方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 裂胞与并胞概念的提出及其数学表达 |
| 2.2.1 旋量代数基础 |
| 2.2.2 裂胞与裂胞分化 |
| 2.2.3 并胞与并胞变异 |
| 2.3 基于裂胞的多环机构自由度分析方法 |
| 2.3.1 裂胞自由度分析方法中的裂胞原则 |
| 2.3.2 约束分析 |
| 2.3.3 关联自由度 |
| 2.3.4 自由度分析流程 |
| 2.4 基于裂胞的多环机构奇异分析方法 |
| 2.4.1 等效并联机构的奇异分析 |
| 2.4.2 并联支链的奇异分析 |
| 2.4.3 裂胞奇异分析法的分析流程 |
| 2.5 案例分析 |
| 2.5.1 案例一:魔球结构 |
| 2.5.2 案例二:多环混联机构 |
| 2.5.3 案例三:双层双环机构 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 对称式3-R(SRS)RP多环机构及其模块化操作臂构型研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 对称式3-R(SRS)RP多环机构 |
| 3.2.1 新型多环机构构型 |
| 3.2.2 机构绳杆式结构设计及其特点 |
| 3.3 多环机构SRS复合铰链 |
| 3.3.1 1S机构 |
| 3.3.2 新型球副机构的拓展及应用 |
| 3.4 基于裂胞过程的机构演变 |
| 3.4.1 机构的解耦 |
| 3.4.2 公共运动链的简化 |
| 3.5 3-R(SRS)RP多环机构几何特性分析 |
| 3.5.1 转动位置A |
| 3.5.2 转动位置B |
| 3.6 3-R(SRS)RP多环机构自由度分析 |
| 3.6.1 静平台与动平台平行 |
| 3.6.2 静平台与动平台不平行 |
| 3.7 3-R(SRS)RP多环机构奇异分析 |
| 3.7.1 静平台与动平台平行 |
| 3.7.2 静平台与动平台不平行 |
| 3.7.3 构型奇异性分析讨论 |
| 3.8 基于3-R(SRS)RP多环机构的模块化操作臂构型设计 |
| 3.9 本章小结 |
| 第4章 对称式3-R(SRS)RP多环机构及其模块化操作臂运动特性分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 多环机构模块折展及弯曲运动性能分析 |
| 4.2.1 折展性能分析 |
| 4.2.2 弯曲运动性能分析 |
| 4.3 多环机构模块正位置分析 |
| 4.4 多环机构模块几何奇异分析 |
| 4.4.1 节点微分运动学 |
| 4.4.2 雅克比矩阵 |
| 4.4.3 几何奇异分析 |
| 4.5 工作空间及运动模式分析 |
| 4.5.1 位置及方向工作空间 |
| 4.5.2 多环机构模块三种运动模式 |
| 4.6 模块化多环机构操作臂运动特性分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 对称式3-R(SRS)RP多环机构及其模块化操作臂驱动模式研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 驱动模式优化方法 |
| 5.2.1 三种评判准则 |
| 5.2.2 广义驱动力均布准则 |
| 5.2.3 功率消耗均布准则 |
| 5.2.4 驱动策略准则 |
| 5.3 多环机构模块动力学模型 |
| 5.3.1 可动构件的运动螺旋 |
| 5.3.2 旋量映射矩阵 |
| 5.3.3 动力学模型 |
| 5.4 多环机构模块驱动模式分析 |
| 5.4.1 84 种驱动模式 |
| 5.4.2 基于折叠和弯曲运动模式的运动轨迹 |
| 5.4.3 基于功耗均布准则优化分析 |
| 5.4.4 基于驱动策略准则的优化分析 |
| 5.4.5 最优驱动模式 3R和 3P类 |
| 5.5 3R和3P类驱动模式功耗仿真分析 |
| 5.6 模块化多环机构操作臂驱动模式分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 多环机构操作臂动力学分析及实验验证 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 操作臂动力学模型 |
| 6.2.1 可动构件的运动旋量 |
| 6.2.2 旋量映射矩阵 |
| 6.2.3 动力学模型 |
| 6.3 具备3R和3P类驱动模式的操作臂样机实验测试系统 |
| 6.3.1 广义驱动力计算 |
| 6.3.2 实验系统搭建 |
| 6.4 模块运动模式测试实验 |
| 6.5 模块运动特性测试实验 |
| 6.6 3R类及3P类驱动模式功耗测试实验 |
| 6.6.1 模块动力学模型验证 |
| 6.6.2 3R和3P驱动模式分析验证 |
| 6.7 操作臂运动性能及应用测试实验 |
| 6.8 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A 自由度分析案例 |
| A.1 魔球机构中的几何及约束分析 |
| A.1.1 几何关系验证 |
| A.1.2 八杆机构两个自由度的讨论 |
| A.1.3 魔球分支机构中的八杆环路 |
| A.2 多环混联机构的运动旋量 |
| A.3 双层双环机构运动旋量 |
| 附录B R驱动模式 |
| 附录C 非同构驱动模式仿真分析 |
| 附录D 动力学模型中矩阵的表达 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）新型六自由度运动模拟平台的设计与分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 论文研究的国内外现状 |
| 1.2.1 并联运动模拟器研究现状 |
| 1.2.2 Stewart平台并联机器人研究现状 |
| 1.2.3 Stewart平台衍生机构研究现状 |
| 1.3 研究内容与安排 |
| 2 运动模拟平台构型设计 |
| 2.1 机器人构型的确定 |
| 2.2 机器人尺寸关系的确定 |
| 2.3 构型改进设计 |
| 2.4 机构自由度分析 |
| 2.5 基于静强度分析的结构强度尺寸设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 运动模拟平台结构设计 |
| 3.1 可订制非标件 |
| 3.2 关联零部件设计 |
| 3.3 总体结构设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 运动学分析 |
| 4.1 机器人位置反解 |
| 4.1.1 运动反解模型 |
| 4.1.2 反解数值验证 |
| 4.2 速度雅可比矩阵 |
| 4.3 机构运动空间 |
| 4.3.1 工作空间分析 |
| 4.3.2 基于工作空间分析的运动学仿真 |
| 4.4 速度雅可比矩阵验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 动力系统分析及部件选型 |
| 5.1 支链力学分析 |
| 5.2 正解驱动的仿真参数处理 |
| 5.3 电机选型 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 轨迹规划分析 |
| 6.1 ADAMS和 MATLAB联合仿真 |
| 6.2 人体体感模型 |
| 6.3 轨迹规划 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 静刚度与模态分析 |
| 7.1 样机静刚度分析 |
| 7.2 样机模态分析 |
| 7.3 本章小结 |
| 8 总结与展望 |
| 8.1 工作总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 运动学仿真汇编语言 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（5）星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究背景 |
| 1.2 国内外指向机构研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 指向机构构型方案设计 |
| 2.1 指向机构设计约束条件 |
| 2.1.1 指向机构主要功能要求 |
| 2.1.2 空间环境约束 |
| 2.1.3 双轴指向机构设计指标 |
| 2.2 指向机构构型设计 |
| 2.2.1 常见指向机构构型分析 |
| 2.2.2 双反射面偏置天线指向机构构型设计 |
| 2.3 材料选择方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 指向机构关键部件设计 |
| 3.1 双轴连杆部件设计 |
| 3.1.1 双轴连杆结构及铺层优化设计 |
| 3.1.2 双轴连杆尺寸优化设计 |
| 3.2 锁紧释放部件设计 |
| 3.2.1 锁紧释放装置对比 |
| 3.2.2 锁紧支撑一体化设计 |
| 3.3 轴系部件设计 |
| 3.3.1 驱动部件 |
| 3.3.2 减速部件 |
| 3.3.3 角位置检测部件 |
| 3.3.4 润滑方式 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 指向机构力学仿真分析 |
| 4.1 指向机构有限元模型的建立 |
| 4.2 指向机构力学分析 |
| 4.2.1 指向机构模态分析 |
| 4.2.2 指向机构频率响应分析 |
| 4.2.3 指向机构随机振动分析 |
| 4.2.4 指向机构静力学分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 指向机构地面验证试验 |
| 5.1 指向机构振动试验 |
| 5.1.1 扫频试验 |
| 5.1.2 正弦振动试验 |
| 5.1.3 随机振动试验 |
| 5.2 指向机构精度检测试验 |
| 5.2.1 指向机构双轴指向精度检测 |
| 5.2.2 指向机构速度稳定度检测 |
| 5.2.3 指向机构双轴夹角精度检测 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 本文的不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）不同尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 连续体拓扑优化数值方法 |
| 1.3 柔顺机构拓扑优化设计发展综述 |
| 1.4 柔顺机构拓扑优化设计面临的挑战 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 第2章 柔顺机构传统宏观拓扑优化插值模型及算例分析 |
| 2.1 基于SIMP的传统拓扑优化插值模型 |
| 2.2 灵敏度计算 |
| 2.3 数值算例 |
| 2.3.1 算例一:反向位移机构的设计 |
| 2.3.2 算例二:柔性夹钳的设计 |
| 2.3.3 算例三:反向柔性夹钳的设计 |
| 2.3.4 算例四:转向器设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 宏观尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化设计 |
| 3.1 基于SIMP的改进柔顺机构拓扑优化插值模型 |
| 3.2 基于SIMP的改进柔顺机构拓扑优化模型灵敏度分析 |
| 3.3 数值算例 |
| 3.3.1 算例一:反向位移机构的改进设计 |
| 3.3.2 算例二:柔性夹钳的改进设计 |
| 3.3.3 算例三:反向柔性夹钳的改进设计 |
| 3.3.4 算例四:转向器的改进设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于偶应力理论微型柔顺机构拓扑优化设计 |
| 4.1 偶应力理论基础 |
| 4.1.1 平衡方程 |
| 4.1.2 平面问题梯度应变有限元 |
| 4.2 基于偶应力理论的微观拓扑优化模型 |
| 4.3 灵敏度分析 |
| 4.4 数值算例 |
| 4.4.1 算例一:微型反向位移机构的设计 |
| 4.4.2 算例二:微型柔性夹钳的设计 |
| 4.4.3 算例三:微型反向柔性夹钳的设计 |
| 4.4.4 算例四:微型转向器的设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 柔顺机构的结构静力分析 |
| 5.1 反向位移机构 |
| 5.2 柔性夹钳 |
| 5.3 反向柔性夹钳 |
| 5.4 转向器 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 柔顺机构的结构谐响应分析 |
| 6.1 反向位移机构 |
| 6.2 柔性夹钳 |
| 6.3 反向柔性夹钳 |
| 6.4 转向器 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（7）约束变胞机构的冲击动力学特性与参数优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究意义与来源 |
| 1.2 变胞机构研究现状 |
| 1.2.1 变胞机构结构学 |
| 1.2.2 变胞机构运动学 |
| 1.2.3 变胞机构动力学 |
| 1.2.4 变胞机构应用 |
| 1.3 约束变胞机构构态切换过程研究现状 |
| 1.4 碰撞动力学建模方法研究现状 |
| 1.4.1 冲量-动量法 |
| 1.4.2 连续接触力法 |
| 1.4.3 接触约束法 |
| 1.5 性能指标研究现状 |
| 1.6 参数优化研究现状 |
| 1.7 存在问题与不足 |
| 1.8 主要研究内容 |
| 第二章 约束变胞机构稳态构型下的模块化动力学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 约束变胞机构组成原理 |
| 2.3 主动件动力学模型 |
| 2.4 基本Assur杆组动力学模型 |
| 2.5 扩展Assur杆组动力学模型 |
| 2.5.1 变胞运动副的运动特性分析 |
| 2.5.2 扩展Assur杆组的构态划分 |
| 2.5.3 扩展Assur杆组的动力学分析 |
| 2.6 约束变胞机构动力学的具体求解过程 |
| 2.6.1 初始时刻约束变胞机构的运动学和动力学 |
| 2.6.2 任意时刻约束变胞机构的运动学和动力学 |
| 2.7 约束变胞机构模块化动力学仿真 |
| 2.7.1 平面双层纸板折叠变胞机构 |
| 2.7.2 变胞式精梳机钳板摆动机构 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 约束变胞机构构态切换过程中的冲击动力学模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 约束变胞机构构态切换过程中的冲击及动力学分析 |
| 3.2.1 冲击类型 |
| 3.2.2 Ⅰ类冲击动力学分析 |
| 3.2.3 Ⅱ类冲击动力学分析 |
| 3.3 约束变胞机构冲量求解模型 |
| 3.3.1 接触碰撞模型 |
| 3.3.2 Ⅰ类冲量求解模型 |
| 3.3.3 Ⅱ类冲量求解模型 |
| 3.4 约束变胞机构冲击动力学仿真 |
| 3.4.1 平面3 自由度约束变胞机构 |
| 3.4.2 平面双层纸板折叠变胞机构 |
| 3.5 实验与分析 |
| 3.5.1 冲击动力学测试实验台 |
| 3.5.2 实验过程 |
| 3.5.3 实验结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 约束变胞机构内部关节冲击响应分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.2.1 Ⅰ类冲击运动系统的变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.2.2 Ⅱ类冲击运动系统的变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.3 非变胞运动副冲量求解模型 |
| 4.3.1 树系统约束变胞机构系统动力学 |
| 4.3.2 树系统约束变胞机构系统内部冲量求解模型 |
| 4.4 算例仿真 |
| 4.4.1 平面3 自由度约束变胞机构 |
| 4.4.2 平面双层纸板折叠变胞机构 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 约束变胞机构的冲击运动性能评价指标分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 约束变胞机构运动学建模 |
| 5.2.1 树系统约束变胞机构运动学模型 |
| 5.2.2 非树系统约束变胞机构运动学模型 |
| 5.3 速度性能分析 |
| 5.3.1 速度椭球 |
| 5.3.2 全局条件数性能指标 |
| 5.3.3 局部条件数性能指标 |
| 5.3.4 速度性能指标 |
| 5.4 冲击性能分析 |
| 5.4.1 全局冲击性能指标 |
| 5.4.2 局部冲击性能指标 |
| 5.5 动力学性能分析 |
| 5.5.1 冲击动力学性能方程 |
| 5.5.2 动力学操作度椭球 |
| 5.5.3 全局动力学条件数指标 |
| 5.5.4 局部动力学条件数指标 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于冲击运动性能的机构参数优化 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 机构参数优化设计模型 |
| 6.3 平面3 自由度约束变胞机构参数优化 |
| 6.3.1 约束条件及目标函数建立 |
| 6.3.2 优化结果分析 |
| 6.4 平面双层纸板折叠变胞机构参数优化 |
| 6.4.1 约束条件及目标函数建立 |
| 6.4.2 优化结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（8）六自由度并联调姿装备数字化设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 并联机构创新设计国内外研究现状 |
| 1.2.1 构型方法研究现状 |
| 1.2.2 并联机构评价方法研究现状 |
| 1.3 六自由度并联调姿机构的研究现状 |
| 1.4 课题来源 |
| 1.5 研究思路与内容安排 |
| 1.5.1 问题提出 |
| 1.5.2 研究思路 |
| 1.5.3 内容安排 |
| 第2章 六自由度单支链构型库数字化创新设计 |
| 2.1 基本理论及单支链数学表达定义 |
| 2.1.1 单支链的数学表达 |
| 2.1.2 单支链约束条件的数学表达 |
| 2.2 单支链构型数字化构型库建立 |
| 2.3 六自由度冗余约束及欠约束单支链设计 |
| 2.3.1 六自由度冗余约束单支链构型库建立 |
| 2.3.2 六自由度欠约束单支链构型库建立 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 六自由度单支链筛选及评价指标 |
| 3.1 基于功能特征的六自由度单支链筛选 |
| 3.1.1 单支链构型库的同构辨识与归类 |
| 3.1.2 六自由度单支链的参数仿真 |
| 3.1.3 基于功能设定的六自由度单支链评价指标 |
| 3.2 基于功能特征的六自由度冗余约束及欠约束单支链筛选 |
| 3.2.1 六自由度冗余约束单支链性能分析 |
| 3.2.2 六自由度欠约束单支链性能分析 |
| 3.3 基于筛选单支链的六自由度并联机构创新设计 |
| 3.3.1 六自由度单支链评价筛选理论方法 |
| 3.3.2 六自由度单支链评价筛选方法编程实现 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 六自由度并联机构创新设计基本理论 |
| 4.1 六自由度并联机构构型设计 |
| 4.1.1 并联机构构成要素 |
| 4.1.2 六自由度并联机构的单支链数量设计 |
| 4.1.3 六自由度并联机构的构型设计 |
| 4.2 基于设计目标的六自由度并联机构的构型优化设计 |
| 4.2.1 运动副以及驱动的优化设计 |
| 4.2.2 整体并联机构体积空间的优化设计 |
| 4.3 设计方法流程概述 |
| 4.3.1 设计方法流程理论概述 |
| 4.3.2 设计方法流程框图 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 六自由度并联调姿装备智能设计实例 |
| 5.1 卫星太阳翼调姿对接机构设计要求 |
| 5.2 卫星太阳翼调姿对接机构智能设计 |
| 5.2.1 卫星太阳翼调姿对接机构单支链筛选 |
| 5.2.2 卫星太阳翼调姿对接机构构型确定 |
| 5.3 卫星太阳翼调姿对接机构设计结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录1 约束方程组伪代码 |
| 附录2 六自由度单支链性能仿真伪代码 |
| 附录3 六自由度单支链筛选伪代码 |
| 附录4 六自由度并联机构外部力载荷极值计算 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（9）基于运动/力传递性的并联微动机构综合与优化设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 并联微动机构的研究现状 |
| 1.2.1 并联微动机构的国内外研究现状 |
| 1.2.2 并联微动机构性能指标与优化方法研究 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 基于运动/力传递性的三平移并联微动机构型综合设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 机构综合设计基础 |
| 2.2.1 图谱法基础理论 |
| 2.2.2 运动/力传递性能评价理论 |
| 2.2.3 常见的柔性铰链介绍 |
| 2.3 高运动/力传递性能三平移并联微动机构的综合设计 |
| 2.3.1 三平移高运动/力传递性并联微动机构布置方式 |
| 2.3.2 高运动/力传递性能三平移并联微动机构设计 |
| 2.4 3-RPC并联微动机构运动/力传递性能指标验证分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 两转一移与两移一转并联微动机构型综合设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高运动/力传递性两转一移并联微动机构的综合设计 |
| 3.2.1 两转一移高运动/力传递性并联微动机构布置方式 |
| 3.2.2 高运动/力传递性两转一移并联微动机构设计 |
| 3.3 3-RPS并联微动机构运动/力传递性能指标验证 |
| 3.4 高运动/力传递性两移一转并联微动机构的综合设计 |
| 3.4.1 两移一转高运动/力传递性并联微动机构布置方式 |
| 3.4.2 高运动/力传递性两移一转并联微动机构 |
| 3.5 3-RRR并联微动机构运动/力传递性能指标验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高运动/力传递性并联微动机构静刚度分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 高运动/力传递性的3-RPC并联微动机构分析 |
| 4.2.1 3-RPC并联微动机构静刚度分析 |
| 4.2.2 静刚度模型的有限元分析仿真验证 |
| 4.3 高运动/力传递性的3-RPS并联微动机构分析 |
| 4.3.1 3-RPS并联微动机构的静刚度分析 |
| 4.3.2 静刚度模型的有限元分析仿真验证 |
| 4.4 高运动/力传递性的3-RRR并联微动机构静刚度分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 3-RPS并联微动机构结构参数优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于柔度的并联微动机构性能评价方法 |
| 5.3 3-RPS并联微动机构的参数优化 |
| 5.3.1 优化目标的建立 |
| 5.3.2 优化问题的求解与最优解的选取 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（10）具有广义肩关节的上肢康复机器人机构设计分析及人机协同控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 上肢康复机器人机械系统国内外研究现状 |
| 1.2.1 末端牵引式上肢康复机器人 |
| 1.2.2 外骨骼式上肢康复机器人 |
| 1.2.3 具有广义肩关节外骨骼式上肢康复机器人 |
| 1.3 上肢康复机器人运动意图识别国内外研究现状 |
| 1.4 上肢康复机器人控制策略国内外研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于人体解剖结构的上肢康复机器人构型设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 人体上肢运动学 |
| 2.2.1 人体上肢解剖结构 |
| 2.2.2 人体上肢等效机构模型 |
| 2.3 人机相容型机构构型设计 |
| 2.4 肩关节相容型机构构型设计 |
| 2.4.1 2P_a1P3R_a肩关节机构构型 |
| 2.4.2 5R_a1P肩关节机构构型 |
| 2.5 肩关节构型综合运动学性能分析 |
| 2.5.1 两种构型运动学反解及灵活性分析 |
| 2.5.2 两种构型可操作度椭球分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 上肢康复机器人机构设计与分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 广义肩关节机构优化设计 |
| 3.2.1 盂肱关节机构优化设计 |
| 3.2.2 广义肩关节机构运动学分析 |
| 3.3 上肢康复机器人运动学分析 |
| 3.3.1 上肢康复机器人机械臂运动学正解 |
| 3.3.2 上肢康复机器人机械臂运动学反解 |
| 3.4 上肢康复机器人临床应用要求 |
| 3.5 上肢康复机器人机械系统模块化设计 |
| 3.5.1 关节模块设计 |
| 3.5.2 上肢康复机器人机械臂设计 |
| 3.5.3 上肢康复机器人机架设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 上肢康复机器人训练轨迹规划 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 安全运动区域及训练轨迹设计 |
| 4.2.1 水平面内训练轨迹设计 |
| 4.2.2 矢状面内示教轨迹设计 |
| 4.3 矢状面直线轨迹规划 |
| 4.3.1 直线轨迹速度与加速度分析 |
| 4.3.2 直线轨迹下关节速度连续方案 |
| 4.4 水平面圆周轨迹规划 |
| 4.5 安全距离数学模型 |
| 4.5.1 站姿下安全距离数学模型 |
| 4.5.2 坐姿下安全距离数学模型 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 上肢康复机器人人机协调控制策略 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 人机交互主动运动意图识别 |
| 5.2.1 人机交互力学模型 |
| 5.2.2 主动交互力解算 |
| 5.3 上肢康复机器人导纳控制策略 |
| 5.3.1 康复机械臂导纳控制模型 |
| 5.3.2 康复机械臂导纳控制仿真 |
| 5.4 上肢康复机器人助力训练控制策略 |
| 5.4.1 基于轨迹约束下的辅助力设计 |
| 5.4.2 助力训练控制策略及仿真 |
| 5.5 主动参与程度评价模型 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 上肢康复机器人实验平台搭建与实验验证 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 上肢康复机器人实验平台搭建 |
| 6.2.1 实验样机研制及控制系统安全性要求 |
| 6.2.2 电气硬件系统设计 |
| 6.3 上肢康复机器人样机基本性能实验 |
| 6.3.1 肩关节机构优化前后工作空间对比实验 |
| 6.3.2 机器人关节人机交互力验证实验 |
| 6.4 上肢康复机器人轨迹跟踪 |
| 6.4.1 矢状面内直线轨迹 |
| 6.4.2 水平面内圆周轨迹 |
| 6.5 患者主动参与度实验 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
四、机构的构型及优化设计（论文参考文献）
- [1]多操作模式折展机器人机构设计及性能分析[D]. 赵福群. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]五自由度并联驱动修磨机械臂设计与分析[D]. 史汉卿. 太原理工大学, 2021
- [3]模块化对称式3-R（SRS）RP多环机构操作臂研究[D]. 李传扬. 哈尔滨工业大学, 2021
- [4]新型六自由度运动模拟平台的设计与分析[D]. 王昊. 北京交通大学, 2021(02)
- [5]星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计[D]. 殷康程. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [6]不同尺度下无铰链式柔顺机构拓扑优化设计[D]. 蔡高源. 沈阳工业大学, 2021
- [7]约束变胞机构的冲击动力学特性与参数优化研究[D]. 宋艳艳. 天津工业大学, 2021
- [8]六自由度并联调姿装备数字化设计研究[D]. 李卓. 燕山大学, 2021
- [9]基于运动/力传递性的并联微动机构综合与优化设计研究[D]. 付冰双. 燕山大学, 2021(01)
- [10]具有广义肩关节的上肢康复机器人机构设计分析及人机协同控制研究[D]. 严浩. 燕山大学, 2021