基于空间闭链连杆机构的可折展手爪设计

为了解决多关节手指和手爪多为刚性连接而运动范围有限等问题，课题组基于单自由度面对称Bricard空间闭链连杆机构，提出了一种手指单关节驱动机构。将多个单关节驱动机构串联，组合为一个单自由度的多关节手指驱动机构；进一步，通过课题组提出的单自由度同步驱动副，可同步驱动手爪中的3根多关节手指同步开合、抓取目标物体；在进行可折展手爪的运动学分析和参数求解之后，完成了可折展手爪的样机实验。验证结果表明提出的可折展手爪驱动机构设计合理、抓取性能可靠。     

基于折纸机构的上肢外骨骼

为了进行上肢肌肉损伤类疾病康复，课题组设计了一种辅助运动与支撑的上肢外骨骼机器人。课题组基于刚性折纸的折叠特性设计出具有自锁特性的肘关节外骨骼，采用连杆机构设计肩关节外骨骼；运用D H法对上肢外骨骼进行运动学分析，得出肘关节折纸机构自锁时的折叠角度和肩关节末端的运动位姿；基于蒙特卡洛算法求解出肩关节外骨骼的运动空间并运用MATLAB将结果可视化。应用结果表明：该上肢外骨骼能有效减轻上肢肌肉在工作中受到的压力且不对上肢运动造成影响。该上肢外骨骼具有结构简单，轻便和易于折叠和自锁的特点，满足使用要求。     

基于几何代数的四面体机构自由度分析

针对四面体机构的多环耦合复杂结构导致的现有自由度计算方法对其进行自由度分析时不能有效地判断耦合部分的约束情况，课题组提出了一种基于几何代数的四面体机构自由度分析方法。先将整个机构进行拓扑等效，寻找机构的最短分支；通过修正分支运动空间的方式，将与分支耦合的闭环带来的约束体现在分支的运动空间中；最后通过对所有修正后的分支运动空间求交，得到输出构件的自由度解析式。结合具体算例可知：课题组提出的方法无需借助逻辑判断，可直接得到机构输出构件的自由度性质，解析式中的变量能给之后的驱动分布提供了选择方案。基于几何代数的四面体机构自由度分析方法具有一定的工程意义。     

两关节全驱动可调节果蔬采摘末端执行器的设计

为加速智能机器人替代人工进行果蔬采摘,以提高作业质量和效率,提出了一种运动灵活仿人手果蔬采摘末端执行器。该 末端执行器采用两关节全驱动的方式,通过3个手指的2个关节（近指关节1和远指关节2）相互配合实现类似人手握取果实的动作;建立两关节全驱动手指的包络 抓取机构静力学模型,求得近指关节连杆机构中输入转矩和接触力之间的关系,从而更好地实现对果蔬作用力的控制,以减少果蔬损伤。最后基于SolidWorks对 整个机构进行仿真试验,验证结果表明机构具有合理性。该果蔬采摘末端执行器通用性强,能够补偿机器人图像识别误差。     

新型二自由度并联机构运动学标定方法

精度不足制约着并联机构的发展,传统的并联机构运动学标定方法可以在一定程度上提高并联机构的精度,但 其缺点在于对测量仪器的要求较高,计算量较大。针对一种新型二自由度并联机构,运用无参数化标定的方法对机构进 行运动学标定。该方法不需要进行参数辨识,只需要通过外部测量设备测出机械手末端执行器的位姿,利用运动学正反 解解出实际位姿与期望位姿之间驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,即可得到补偿后的动平台位姿。计算机仿真结 果表明,这种方法可以有效地提高动平台定位精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

面向上纱机器人的末端执行器的结构设计

针对筒子纱的人工上纱效率低、劳动强度高等问题,课题组设计了面向上纱机器人的末端执行器。根据筒子纱的结构特点和上纱工艺要求,采用SolidWorks软件对末端执行器进行建模,设计具有双移动内撑式手爪、自动调节手爪间距装置及气动推纱机构的末端执行器,实现单次2个筒子纱的抓纱和推纱的上纱过程。对抓取机构建立静力学模型,通过SolidWorks软件和ANSYS软件对末端执行器的关键结构零部件进行运动学和静力学的仿真分析。仿真结果表明抓取机构的运动过程稳定,结构可靠,达到了设计要求。     

3支链6自由度并联机构运动学研究

为了使并联机构在三维空间完成3个转动和3个移动的动作,可以进行全方位的运动,课题组提出了6自由度2PPRS RPRS并联机构。课题组描述了该并联机构的构型,建立了机构的运动坐标系;利用螺旋理论求解了机构自由度,并运用修正Kutzbach Grüble公式验证了自由度求解的正确性;根据支链与定、动平台间的相对姿态关系,推导了支链平面方程,并结合杆长不变条件,推导获得了该6自由度并联机构全部位置逆解的解析解;并基于三维边界搜索法,求解绘制出了机构的可达位置工作空间;最后,通过SolidWorks/Simmechanics的三维运动/参数可视化联合仿真,得到了机构的驱动位移相对时间的变化曲线。研究结果表明该机构构型设计、自由度分析正确,得出了该机构在三维空间内的运动学输入、输出的变化规律。     

基于少自由度主动支链的2R1T并联机构

针对空间串联机构的工业机械臂在执行加工操作任务时，普遍存在刚度强度较差、重复精度较低、能耗较高等缺点。基于3条少自由度主动支链，课题组设计了一种具有2R1T自由度的2 RPU/RPS并联机构。计算并验证了2 RPU/RPS并联机构的自由度，获得了解析形式的位置逆解，证实了该机构仅可能发生运动学正解奇异；依据课题组提出的基于边界数值搜索法的工作空间求解流程，证实了动平台具有沿X方向约80°的较大姿态转动范围；通过SolidWorks虚拟运动仿真获得了2 RPU/RPS并联机构驱动位移变化曲线。仿真结果表明：机构各驱动位移变化曲线均波动较小且在合理取值范围，说明驱动器运转平稳、能耗较低。本研究可为基于并联机构的复杂曲面工件多轴加工装备研发提供有益的参考。     

晶圆传输机器人末端执行器的结构设计

为了实现晶圆片快速稳定传输,课题组设计了3种不同机械结构的末端执行器。首先,利用三维UG软件建立4凸点接触式有结构孔且有过渡结构的末端执行器、3凸点接触式类三角形末端执行器和4凸点接触式仅有结构孔的末端执行器这3种模型;采用ANSYS软件对所设计的3种模型进行静力学仿真,通过对仿真结果进行分析,得出最优的机械结构;最后采用ANSYS动力学模态仿真,验证了此机械结构具有合理性。研究结果表明有结构孔且有过渡结构的末端执行器能够满足晶圆片高速稳定的传输,为最优的机械结构。     

基于位姿调整的晶圆传输机器人轨迹规划

为了提高晶圆传输机器人的运行效率和运动平稳性，课题组基于末端执行器的位姿调整对晶圆传输机器人进行了轨迹规划研究。首先，介绍了晶圆传输实验平台的机构组成，在此基础上采用了动静法对晶圆受力进行分析，得出加速度与位姿角度之间的内在关系；其次，提出了一种基于位姿调整的S曲线加减速控制算法，并基于该算法实现了对末端执行器的轨迹规划；最后，采用MATLAB软件编程，实现了关键参数的求解和算法仿真，得到了加速度、速度、位移随时间变化的曲线图。应用结果表明此轨迹规划可以在保证高度运动平稳的情况下提高晶圆传输机器人的工作效率。