为了提高2RPU/UPR+RP过约束混联机器人在实际运用中的精度, 达到生产实践的需求, 对该机器人进行误差补偿研究。首先介绍了过约束混联机器人的运动原理, 随后分析影响混联机器人末端精度的各项几何误差的来源, 并对提高混联机器人精度的零点标定与全标定方法进行介绍。将混联机器人分为并联机构和单摆头两部分, 分别对两部分进行零点标定和全标定理论研究, 然后基于激光跟踪仪搭建了标定实验系统, 得到了标定后的误差参数的真实值, 补偿到运动学算法中。实验结果表明, 本文提出的全标定和零点标定方法可以有效提高混联机器人的定位精度。

基于两移动一转动三自由度平面并联机构构造了一种新型五自由度串并混联机器人并对其并联部分，一具有运动冗余和驱动冗余两种不同模式的平面并联机构(2PRR)2+R进行了运动学分析。首先，建立了三自由度平面并联机构的运动学模型，基于机构的运动学模型推导得到了冗余和非冗余驱动并联机构的刚度矩阵，并且通过求取并联机构各组成构件的等效质量，得到并联机构的质量矩阵; 然后，借助系统刚度矩阵和质量矩阵建立的并联机构动力学方程，求得了机构的固有频率方程; 最后，通过数值仿真对冗余和非冗余驱动并联机构的刚度及固有频率进行对比分析。结果显示: 冗余驱动分支对机构绕Z轴方向角刚度和系统的一阶固有频率均值影响最大，其增幅分别为88.46%和31.50%; 对X轴方向的线刚度和系统的二阶固有频率均值影响最小，其增幅分别为52.34%和1.90%。因此，冗余驱动分支有助于提高并联机构的整体刚度，改善机构的动态性能。

为了实现锻造操作机升降运动与水平移动之间的解耦, 提出了一种从结构组成原理上实现解耦的锻造操作机机构, 并对该机构的运动机理和动力学性能进行了研究与实验验证。首先, 基于Hoekens四连杆机构介绍了完全解耦式锻造操作机的结构组成原理; 运用螺旋理论工具分析了完全解耦式操作机机构的自由度, 对其升降运动和水平移动之间的解耦机理进行了剖析。然后, 基于虚功原理建立了操作机机构动力学模型, 比较分析了该解耦式操作机机构和典型平行连杆式操作机机构在升降运动和锻造加工过程中的受力性能。最后, 研制了该新型解耦式操作机的比例实验模型, 采用激光跟踪仪测试了钳杆在升降过程中的水平位移变化量。实验结果表明: 在升降运动过程中, 钳杆在水平方向的位移变化量在1 mm之内, 基本上验证了该完全解耦式锻造操作机能够实现升降运动与水平移动之间的解耦。

基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推导出约束分支中的约束雅可比矩阵; 然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵，最后提出了冗余驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系，结合虚功原理，得到系统整体刚度矩阵。考虑虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响，构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建立的刚度模型进行了实验测试。结果表明: 该刚度模型的误差为2%~5%，验证了理论分析的可靠性。在此基础上，以机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标，分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示: 机床线刚度的最小值主要分布在Y轴两侧，角刚度的最小值则主要分布在-0.05≤z≤0.05 m和-0.11≤y≤-0.05 m，因此，在进行并联机床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。

基于线弹性和小变形假设理论, 通过引入比例系数(直圆柔性球铰槽口间距与切割半径倍数之比)并利用其结构对称的特点, 推导得到了形式较为简洁的直圆柔性球铰柔度矩阵各子元素的解析柔度计算公式。利用有限元仿真软件验证了所推公式的正确性, 并绘制了相应的误差曲线。结果表明: 当比例系数小于0.2时, 直圆柔性球铰各柔度计算公式的相对误差限均在11%以内; 随着比例系数的增加, 除沿x向的拉压柔度C11误差较小外, 其他柔度计算公式的误差均呈增加的趋势, 最大误差为30%。实验结果显示理论分析与仿真结果基本趋于一致, 验证了直圆柔性球铰各柔度解析式的正确性。本文的研究内容为直圆柔性球铰在实际应用中的结构设计和参数优化奠定了理论基础。

提出了一种新型的基于Stewart平台的超静定并联式六维力传感器结构,并对其进行了动力学理论分析和有限元仿真研究。描述了该传感器相对于经典Stewart平台六维力传感器所具有的结构特点;利用有限元法,采用位移协调和力平衡条件建立了传感器弹性动力学理论模型,依此模型进行数值分析,绘制了固有频率与各结构参数间变化关系曲线;并利用ANSYS软件建立了传感器有限元模型,进行了振动模态分析,得到其固有频率和振型。研究内容为深入开展六维力传感器的弹性动力学分析与综合及动态优化设计奠定了基础。

提出了一种新型的基于Stewart平台的预紧式六维力传感器结构,并对其进行了位姿误差分析。以经典Stewart平台六维力传感器为比较对象,描述了新型预紧式六维力传感器的结构特点;综合利用影响系数法和矢量法建立其位姿误差模型,定义位姿误差灵敏度指标并据此绘制误差灵敏度直方图以分析不同误差因素对传感器位姿误差的影响;最后,研制出传感器样机并完成了标定实验。实验结果表明,该传感器测力精度在1%以内。所研究内容对六维力传感器的设计制造和实验标定具有理论指导意义。

研究了并联机床的灵巧度评价指标及其在实际加工中的应用.介绍了一种新型的五自由度并联机床,该机床机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动.建立了该机床机构的雅可比矩阵,得到了三个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性;并通过对这三个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标-综合灵巧度系数和综合灵巧度,分别作为评价不同位形下灵巧度和整个刀位文件灵巧度的指标.最后,介绍了在实际加工中对不同加工轨迹的灵巧度进行综合评价的方法.实验结果表明:机床实际加工∮100平面圆,对各向同性有较高要求时的最优加工轨迹为z=650 mm,保证了机床加工过程中应具有良好运动和动力学性能的要求.

为了验证新型5自由度并联机器人坐标测量机的设计方案和理论模型,缩短开发周期,降低开发费用,提高一次性设计成功率,将虚拟样机技术应用于该并联机器人坐标测量机的设计开发过程.利用SolidWorks软件建立该型并联坐标测量机的虚拟样机模型,应用OLE接口技术实现了该型并联坐标测量机的运动仿真和测量仿真,采用ADAMS软件实现了该型并联坐标测量机的动力学分析和仿真,并给出了仿真建模过程中关键问题的解决方案.计算机仿真结果证实了理论模型的正确性,验证了设计的合理性和可靠性.为此新型并联机器人坐标测量机的结构设计和数控系统设计提供了主要参数和理论依据,为并联坐标测量机的工程设计提供了一套有效的分析方法.