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沈惠平-常州大学教授

内容来源:江苏机械门户网      浏览次数:2117      更新时间:2014-08-04

                                       
沈惠平 ,教授、博导,常州大学机电工程研究所所长,常州大学教授。

【主要学术贡献】

   (1) 创建了基于POC集和SOC单元的机构拓扑结构学

为拓扑结构创新设计(发明新机构)提供了系统的理论与方法,它完全不同于国际上已有的基于螺旋代数的方法与基于位移子群的方法,该理论包括: 提出了两个新概念(尺度约束类型、方位特征集)和一种新的机构组成原理(基于单开链单元的机构组成原理); 基于提出的新概念和机构组成原理,构建了机构拓扑结构学基本方程---即,串联机构的、并联机构的方位特征方程、自由度公式和机构耦合度公式;基于这些拓扑结构学基本方程,提出了串联机构的、并联机构的拓扑结构设计基本方法;进一步,系统提出了十类、3~6dof并联机器人机构的拓扑结构设计方法,并对得到的新机构进行了结构特性分析和分类,可为工程设计人员设计、优选机构时参考或直接选用,该方法具有很好的理论系统性与严密性, 物理意义明确,且便于具有一般数学知识的工程设计人员理解与应用。

   (2) 创建了基于SOC单元的机构运动学与动力学

为机构运动学与动力学创新设计提供了系统的统一的理论与方法,它完全不同于德国学者提出的基于杆-副建模的、俄国学者提出的基于ASSUR组建模的,以及美国学者提出的基于回路(树系统)建模的理论与方法,具有建模统一、简单、计算量少等显著特点与优势。

上述研究成果(1)、(2),构成了以信息化机械系统发展为背景的现代机构学的新理论体系,是我国学者群体对现代机构学发展的重要贡献。该项成果由杨廷力先生及其领导的团队成员经过30多年的工作已基本完成。

  (3)提出了混联机器人机构机型设计的一般方法,并予以应用

该方法提出了混联机器人机构设计的关键技术、设计原则和步骤,给出了3~6-dof混联机器人可能构造出的全部结构组合方案,据此,创新设计出多种新颖结构的混联机器人机构;同时,寻找、优选已综合出的混联机构新机型在各种产业中的应用领域,已研发的原创性混联运动机器样机或产品有:“五轴高速混联运动喷涂机器人”(ZL201110042826.0、ZL201110042831.1,2012.9);“混联运动贴片机”(发明专利申请号201110273034.4,ZL200910181312.6,2012.10);“混联运动光电产品检测平台”(ZL201110146300.7,2013.3)。(沈惠平、赵海斌、邓嘉鸣、杨廷力等, 基于自由度分配和方位输出矩阵的混联机器人机型设计方法及应用,《机械工程学报》,2011.47(23)

 

 (4)提出了基于拓扑结构分析的机构位置正解求解的一般数值法

通过揭示机构拓扑结构复杂性和位置正解求解难易性的关系,提出了按机构耦合度k值大小来分类求解任意复杂机构全部实数位置正解的一般数值法,这使位置正解问题求解的复杂性大大降低,即:k=0的机构可容易地直接求解其解析正解;对k>0的机构,通过虚设k个支链,使之转化为包含有k=0的虚拟机构,并基于杆长几何条件建立k个仅含一个变量的运动相容性方程,并采用k维搜索法求出实数解。以最复杂的6-SPS并联机构为例,对6种基本机型、33种衍生机型,按耦合度值分为k=0123四类来求解,同时,得到了动平台边数、支链型式对耦合度k值大小的影响规律。

这种方法,与代数法相比,该方法分析方向明确,求解思路清晰简单,无需复杂的数学运算、推导,计算量少;与其他数值法比,该方法几何意义明确,计算量少,因而具有较好的普遍性和实用价值。(沈惠平、尹洪波、王振、黄涛、李菊邓嘉鸣、杨廷力,基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究,《机械工程学报》,2013.49(21)

 

5.提出了少维输入-多维输出并联机构的新概念,并予以应用

2006年,首次提出并研究一种基于并联机构驱动的、结构和工作原理完全不同于传统振动筛的并联运动振动筛(ZL 200610088126.4),能实现理想筛分;比传统直线振动筛的透筛率高20%筛分率高15%,且结构简单易调。该振动筛因设计构思新颖,运行平稳、噪音低、节能效果明显,入选参加第六届中国专利周暨中国(南京)专利经贸洽谈展示会(2012年12月),得到国家知识产权专利局局长田力普先生的肯定,希望认真总结、推广。Huiping ShenChangyu XueJiantao Zhang et.al, A Novel PKM-Based Vibrating Sifter, 13th World Congress in Mechanism and Machine Science, México, June, 2011;邓嘉鸣、沈惠平、李菊、王新翔等,三维并联振动筛的设计与实验研究,《农业机械学报》,2013.44(11)等)

基于这种单输入三维并联振动筛的研究基础,及其延伸思考,于2012年提出了少维输入-多维期望运动输出并联机构的新概念及其研究方向,正在做的工作有: 揭示拓扑结构与含非独立输出运动特性的内在联系, 提出少维(dof)输入-多维(dof+△)输出并联机构的拓扑结构设计原理、方法及相应结构类型;提出机构结构降耦设计原理、准则与方法,及用于结构降耦设计的零耦合机构;基于结构降耦、运动解耦等性能评价准则,提出该类并联机构的优选类型并予以应用。这项研究将对拓展并联机构理论及应用研究的新方向,服务于产业发展的装备设计,具有重要理论意义和实用价值。

本项研究已得到国家自然科学基金的资助(No: 5107504551375062),上述研究成果(3)、(4)、(5),由沈惠平教授及其领导的团队成员于近期完成。

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