一种仿生折展机构设计与应用研究

以合瓣高脚蝶形花冠的迎春花为例,对花朵开放过程中的展开过程进行提取,设计出一种能够实现折展功能的仿生折展机构,根据花瓣开放展开形态,并根据机构学概念,提出一种仿花瓣折展机构设计概念模型,通过机构构件运动副数目方程组和运用胚图法完成对七杆以下平面闭环机构的构型综合,并从中优选可用机构构型作为仿花瓣折展机构单元,对折展单元机构进行几何设计使其具备折展功能,以展开面积最大为目标函数,对折展单元机构进行尺度优化设计,使其具备更好的折展性能.最后,对此类仿生折展机构的实际工程应用进行了研究.     

基于螺旋理论的三棱锥折展机构构型综合与组网

研究折展单元机构构型综合对于可展开天线机构创新设计具有重要意义。根据三棱锥折展单元机构多运动输出期望公共运动和期望同步运动自由度要求,基于螺旋理论约束综合法,完成机构公共运动和耦合同步运动支链的构型综合,获得了多种基本折展单元构型,并结合应用实际确定一种优选三棱锥折展单元机构。根据3RR-3RRR单元折展机构的组网方式和组网运动的要求,采用螺旋理论进行了运动副的构型设计和优化,综合出一种具有耦合自由度的高刚度三棱锥折展单元组网机构。所采用的构型综合方法实现了螺旋理论约束综合法在折展机构构型综合中的应用,为具有多运动输出部件耦合运动要求的机构综合研究提供参考。综合得到的机构适用于星载构架天线反射器等空间曲面支撑类机构应用需求,具有广泛的应用前景。     

基于FIS理论的Myard环形组网机构运动学分析

为揭示折展机构连续与瞬时运动的本质与代数关联，将有限瞬时旋量理论（FIS理论）应用于一类过约束折展机构的分析中，提出包括折展单元及其组网机构的运动学分析方法。首先介绍了FIS理论的基本原理、Myard机构和Myard环形组网机构的组成原理。其次对于Myard机构，通过选定合适的初始位形，以构建有限旋量闭环方程的方式解决了折展单元的关节运动参数映射，基于旋量三角积与螺旋运动的定义提出了基于有限旋量的轨迹求解方法，随后由有限与瞬时旋量的微分映射关系得到Myard机构的速度模型。在此基础上，结合参数化的等效广义副将3-Myard环形组网机构简化为单闭环机构，以求解机构的参数映射关系，随后借助与Myard机构相同的分析流程便得到组网机构的位移与速度模型。提出折展单元及其环形组网机构的关节参数映射、运动轨迹和速度模型的分析方法，丰富了折展机构的运动学分析理论，为解决折展单元及其组网机构的运动学分析问题提供了新选择。     

一种高频柔性并联振动台的型综合与运动学分析

在以并联机构为主体机构的高频柔性并联振动台中,主体并联机构的运动学性能直接影响和决定振动台的激振性能。利用旋量理论综合出了一种新型三平移3-PPRR空间并联机构,并对其进行了自由度、主动副判定和运动学位置分析,利用MATLAB软件对其理论计算进行了建模仿真计算,通过Pro/E软件和 ADAMS软件联合仿真对并联机构进行了自由度和运动学位置解验证。     

关节型模块化机器人构型及运动学研究

分析了模块化机器人模块划分与重构的关系,总结了模块的划分原则。对关节型机器人进行了模块化分,建立了含有五种单元模块的模块库,并对其可实现构型进行了拓扑分析。提出了一种新的坐标系建立方法,基于旋量理论和指数积公式推导出了每个单元模块的变换矩阵,得出了适用于关节型机器人构型变化的正运动学方程。最后通过实例验证了拓扑构型分析及运动学算法的正确性。     

平面二维移动可展机构动力学分析

提出一种新的仅含转动副的平面二维移动可展单元,经模块化组合与扩展后,构造出一种平面二维移动可展机构,该机构的执行构件可实现工作平面内的二维移动。在简述机构结构原理的基础上,分别对机构的运动学、动力学进行分析;最后,以三层平面二维移动可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。仿真结果表明:牛顿欧拉方法可对构件数量庞大但通过模块化叠加而形成的可展机构进行动力学建模,在求解机构运动或所需驱动力的基础上,还可求解得到全部运动副处的约束反力,从而提高其在移动可展机构中应用的可行性。     

含四杆机构单元的重载转运机器人构型综合

针对用于轴类物料抓取及卸载的重载转运机器人机构形式单一、转运范围局限大等问题,进行了重载转运机器人新构型的研究。首先分析了重载转运机器人机构的结构特点和工作原理,发现含有四杆机构单元的重载转运机器人具有灵活性高、承载能力大等优势,为构型综合和新方案优选提供依据。其次基于图论对只含转动副的平面机构进行构型综合,得到七杆、九杆机构拓扑胚图,利用胚图插点法对拓扑胚图进行插点,建立拓扑图,进而转化成对应的运动链,得到构型图谱。然后根据重载转运机器人机构中的四杆机构单元和功能构件,对拓扑图进行特定化标记,提出重载转运机器人优选条件,分析和优选特定化标记的拓扑图,得到其最佳构型。最后,利用Adams软件对一种优选机构进行仿真分析,结果表明,该机构在平面运动过程中可以同时实现远距离抓取和大范围俯仰运动,从而验证了该机构构型设计的合理性。     

一种单自由度展开机构的设计与运动学分析

设计了一种新型的展开机构,该机构具有单自由度、大折展比、能够展开成特定几何形状的特性,可以用于薄壁筒体构件在焊接过程中的内部支撑等场合。采用修正的G-K公式对展开机构的自由度进行了计算与分析,证明所设计机构具有单个自由度,便于添加驱动控制。采用矢量法建立了展开机构的运动学分析模型,通过算例分析,说明所设计机构尺寸参数的合理性。最终,制作了展开机构的实物样机,作为对机构构型与尺寸参数的进一步验证。     

基于两杆张拉整体结构的可展机构设计

根据平面两杆张拉整体结构的特点,建立了可展机构单元的结构简化模型.在此基础上,以简化的平面两杆张拉整体结构作为可展单元提出了一种可展机构.利用最小势能法对两杆张拉整体结构进行找形分析,给出了可展单元中的几何尺寸关系.对确定尺寸的可展机构进行运动学分析,通过ADAMS仿真软件对可展机构进行运动学仿真,将理论计算与仿真结构进行对比,以验证结构的合理性.最后,设计制造了可展机构模型,并进行实物展开实验,验证了模型展开与收拢过程的有效性.     

一种三自由度并联解耦机构的型综合

基于李群分析了2T1R并联机构动平台运动的几何条件,得到满足动平台运动要求的李群结构。通过线性组合得到多种满足光滑位移子流形的支链构型。建立了并联解耦机构的设计准则。以此为据,得到了2T1R并联解耦机构的KP(kinematic pair)旋量系。从满足三维及四维光滑位移子流形的支链构型中确定出满足解耦条件的支链集。综合出9种基于基本副的2T1R并联解耦机构,绘制了构型简图。应用旋量理论对机构的输出特性进行了验证。研究表明:以李群作为型综合的基础,采用旋量理论进行解耦优化,对于并联解耦机构的型综合具有普适性。