平面多杆机构杆组自动生成方法

阿苏尔杆组理论指出,通过对不同运动链选取不同的机架和原动件,能够得到各种可能的阿苏尔杆组与机构构型。基于这一理论提出一种阿苏尔杆组的自动生成方法。针对杆组的结构特点,提出简单易行的杆组同构判别方法,该判别方法也适用于平面多杆机构运动链的同构判别。联合应用运动链的邻接矩阵与关联矩阵,使得自动生成算法与计算机编程相结合,实现了平面多杆机构杆组的自动生成。该自动生成机构杆组的方法理论简单,编程可操作性强,能够实现多杆运动链在构成机构时杆组的准确快速的拆分。该方法将杆组的拆分过程与由杆组搭接形成机构的过程相联系,对拆分得到的所有杆组与机构构型进行同构判别,得到了六杆以内的13种杆组,以及由八杆运动链构成的153种机构。     

含间隙平面连杆机构运动分析的杆组法──(1)求解含间隙基本二级杆组的数学模型

建立了考虑运动副间隙的五种基本类型二级杆组的数学模型,并据此编制了求解含间隙二级杆组的通用子程序和一些辅助子程序,从而使传统的杆组法能够应用于含间隙平面连杆机构的运动误差分析。     

齿轮连杆杆组的力分析

将型转化理论应用到齿轮连杆杆组的力分析中 ,指出齿轮连杆杆组不但具有运动确定性 ,而且具有力的确定性。提出了处理复铰中受力分析的方法 ,给出了齿轮连杆杆组力分析的一种通用方法 ,并揭示出其力分析与运动分析之间的统一性和互逆性。     

变胞机构构态变换可靠性分析模型

根据变胞机构构态变换过程中的运动学和动力学特性,分析了影响变胞机构构态变换可靠性的主要因素,并对其概率分布特征参数进行了求解。以等效阻力梯度模型为理论基础,建立变胞机构构态变换约束可靠性分析模型,用变胞运动副等效阻力系数的概率分布特性来衡量变胞机构构态变换的可靠性。     

基于变胞铰链的并联机构结构设计与构型分析

为了拓展变胞机构的种类,提出了一种变胞运动单元,该变胞单元采用三个旋转关节,并且三个旋转关节可以通过位置调节形成等效球铰、虎克铰以及转动副。与传统的锁定运动副来实现变胞功能的变胞单元相比,此变胞单元三种构型的切换只需对轴线位置调整,无需额外增加关节锁死电机。通过研究由线矢量构成的螺旋系统的相关性,揭示了变胞运动单元构态变化的基本原理。提出了可用于构造新型变胞并联机构的支链构型设计方法,并基于螺旋的互易性分析了各支链构型所必须满足的几何约束条件。提出了两种变胞并联机构,通过不同的支链装配形式可将其从6自由度构型转换为3自由度构型,并对支链安装形式进行改进,构造出了具有3自由度平移模式和3自由度转动模式的并联机构。对变胞支链作为中心支链组装而成的并联机构的构型及对应的运动类型进行了分析,获得了六种不同构型的并联机构。     

基于广义关联矩阵的变胞机构结构分析与综合软件设计

指出单色拓扑图和邻接矩阵只能表示单铰机构,无法表示复铰机构的缺点,利用约束图和广义关联矩阵进行了复铰变胞机构的结构表示,并用基于广义关联矩阵运算的变胞机构结构分析与综合方法进行了软件的设计。     

一种新型并联变胞机构的设计与分析

3-UPU并联机构的动静平台虎克铰关节轴线在满足不同的几何约束条件下可分别具有平动和转动的输出特性。根据变胞机构理论中改变运动副方位特征实现构态变换的原理,设计一种3-UPU并联机构构态转换实现机构。此机构由结构相同的上下两部分运动链组成,通过改变其连接关系可实现3-UPU并联机构动静平台虎克铰轴线在平行和汇交之间变化,达到改变其运动输出的目的,从而形成一种新型并联变胞机构。由于变胞机构具有多组耦合关系,合适的构态转换位置是影响后续构态机构工作性能的重要因素,应用螺旋理论分别进行其各构态机构的自由度分析,并以机构工作空间为例分析构态转换位置点对其工作性能的影响。     

变胞机构的构态分析及其运动学仿真研究

变胞机构在航天器和机器人领域有着广泛的应用。本文用Huston低序体阵列描述变胞机构的拓扑结构,并对一种典型变胞机构进行了构态分析。用齐次变换矩阵建立了该变胞机构的运动学数学模型,并对其进行了运动学仿真。数值仿真结果表明,变胞机构在构态切换时加速度有突变,进而提出了消除加速度突变的方法。     

Structural Synthesis of Compliant Metamorphic Mechanisms Based on Adjacency Matrix Operations

A compliant metamorphic mechanism attributes to a new type of metamorphic mechanisms evolved from rigid metamorphic mechanisms. The structural characteristics and representations of a compliant metamorphic mechanism are different from its rigid counterparts, so does the structural synthesis method. In order to carry out its structural synthesis, a constraint graph representation for topological structure of compliant metamorphic mechanisms is introduced, which can not only represent the structure of a compliant metamorphic mechanism, but also describe the characteristics of its links and kinematic pairs. An adjacency matrix representation of the link relationships in a compliant metamorphic mechanism is presented according to the constraint graph. Then, a method for structural synthesis of compliant metamorphic mechanisms is proposed based on the adjacency matrix operations. The operation rules and the operation procedures of adjacency matrices are described through synthesis of the initial configurations composed of s+1 links from an s-link mechanism (the final configuration). The method is demonstrated by synthesizing all the possible four-link compliant metamorphic mechanisms that can transform into a three-link mechanism through combining two of its links. Sixty-five adjacency matrices are obtained in the synthesis, each of which corresponds to a compliant metamorphic mechanism having four links. Therefore, the effectiveness of the method is validated by a specific compliant metamorphic mechanism corresponding to one of the sixty-five adjacency matrices. The structural synthesis method is put into practice as a fully compliant metamorphic hand is presented based on the synthesis results. The synthesis method has the advantages of simple operation rules, clear geometric meanings, ease of programming with matrix operation, and provides an effective method for structural synthesis of compliant metamorphic mechanisms and can be used in the design of new compliant metamorphic mechanisms.     

一种7杆巴氏桁架及其与之相关的 Assur 杆组的位移分析

在对一种７杆巴氏桁架位移分析问题进行研究的同时,建立了一个该巴氏桁架和与之相关的所有三种Ａｓｓｕｒ杆组之间的代数关系式,根据此关系式,这三种Ａｓｓｕｒ杆组位移分析可以采用完全相同的方法求解,最后可以得到一个１８次的输入输出方程。通过对方程次数的判定,证明所得的结果无增根。     

基于变胞原理的变自由度机构拓扑型分析

变自由度机构是一类具有特殊用途的机构。根据自由度的变化规律对变自由度机构进行了分类;利用变胞机构原理和拓扑理论对变自由度机构自由度的变化过程进行了构态变换描述。提出了一种对不同类型的变自由度机构进行拓扑型分析的“杆-杆”合并的新方法,由于把机构的型分析问题转化为矩阵计算,该方法可推广应用于更复杂的问题,并有利于在计算机上进行机构型分析。通过实例对该方法进行了验证。     

面向构态切换稳定性的约束变胞机构可靠性优化设计方法

为获得稳定、可靠的构态切换能力而开展可靠性优化设计是降低约束变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源机构的组成原理建立了含变胞运动副的扩展Assur杆组的模块化受力分析模型。根据变胞运动副的等效阻力梯度模型,考虑系统内外部误差的随机性,利用可靠性理论建立了约束变胞机构构态切换能力的概率评估模型。基于可靠性评估及可靠性灵敏度分析,提出了面向约束变胞机构构态切换稳定性的可靠性优化设计方法,进而针对可靠性灵敏度较高的结构参数随机变量的公差进行优化设计,使优化后的设计方案同时满足可靠性和经济性要求。最后,以折纸变胞机构为例,验证了提出的可靠性优化设计方法的可行性和有效性。研究工作为开展面向高概率的构态切换重复执行能力的变胞机构可靠性优化设计奠定了基础,同时对推进变胞机构的工程应用具有理论和实际意义。     

复合材料干涉连接结构多界面夹紧力有限元分析

建立了碳纤维增强复合材料(CFRP)的单搭接螺栓连接结构三维模型,在充分考虑材料属性及接触关系的基础上,进行了干涉配合状态下孔周应力状态和夹紧力分布的数值模拟与分析。结果表明:在预紧力沿模型板厚方向的传递过程中,螺栓与孔壁接触界面的摩擦力会直接抵消部分作用力,导致自螺母端至螺栓钉头端夹紧力逐渐降低,降低的幅度与速率受到预紧力大小和孔周应力状态的影响。     

基于虚功原理的并联机构驱动力和约束力分析

以虚功原理为基础,利用CAD变量几何法,求解空间并联机构各分支的驱动力和约束力。以一种空间2SPS+2UPU并联机构为例,首先构造含有欧拉角的该机构的模拟机构,在此基础上进一步构造F/T(力/力矩)模拟机构,得到其驱动力和约束力解。当改变驱动参数时,F/T(力/力矩)模拟机构随之变化,驱动力和约束力自动求解和动态显示。结果表明CAD变量几何法不仅快速直观,而且准确可靠。     

偏心渐开线齿轮传动设计的附加杆组法

在偏心渐开线齿轮机构上附加Ⅱ级杆组，得到齿轮五杆机构。通过齿轮五杆机构分析，得到一种偏心渐开线齿轮传动设计方法，该方法思路清新、计算公式简便，便于工程技术人员掌握。     

基于约束图谱旋量分析方法的调平机构约束设计

约束图谱分析方法从自由度和约束的视角处理机械设计问题,由于自由度和约束概念的一般性,因而该方法对机械设计问题具有广泛的指导意义。从刚性机构及机械接口通用设计方法角度,将旋量理论应用于约束图谱分析方法研究,采用纯力旋量表示点接触约束,采用运动旋量表示自由度,给出约束图谱分析几何概念的旋量描述;基于互易旋量,提出自由度超平面的概念,用以描述点接触约束的单向性,给出并联机构自由度分析及串联机构约束分析方法;在此基础上,提出自由度线等价原则及自由度约束互补原则的代数基础,由此形成集成几何概念的约束图谱旋量分析方法。以光刻机调平机构为例开展应用研究,指出常用2-SPS&1-SP调平机构欠约束和欠确定运动问题,进而提出1-PSV&1-PSE&1-S调平机构,介绍约束图谱旋量分析方法在机构约束设计问题中的应用。     

Configuration Analysis of Metamorphic Mechanisms Based on Extended Adjacency Matrix Operations

The adjacency matrix operations,which connect with configuration transformation correspondingly,can be used for analysis of configuration transformation of metamorphic mechanisms and the corresponding algorithm can easily be simulated by computer.But the adjacency matrix based on monochrome topological graph is not suitable for the topological representation of mechanisms with multiple joints.The method of adjacency matrix operations has its own limitations for analysis of configuration transformation of me...     

基于等效机构运动方程的肘杆压力机静不定分析

为提高机构的刚度,在机构内部常会附加一些过约束结构,这些过约束结构在提高机构的刚度的同时会带来其力学分析时的静不定问题。对一种新型结构的肘杆式压力机进行了动态静力学分析,针对分析中存在的静不定问题,将机构分解为静定与静不定两个子机构,并通过将静不定子机构转化为一种等效机构,利用其运动约束方程最终确定出系统的变形协调方程。较之一般求解静不定问题的方法,该方法获得的变形协调方程形式上更加简洁且为线性方程,更加易于求解。     

基于约束函数的空间机构邻接矩阵描述与分析

针对目前空间机构结构描述和分析方法存在的不足,提出了基于约束函数和邻接矩阵的新方法。根据空间机构运动副的约束特征,定义了向量形式的空间机构运动副特征参数——约束函数及以约束函数为元素的空间机构特征参数矩阵——运动链邻接矩阵;分析了约束函数的性质;运用运动副约束函数和运动链邻接矩阵对空间机构的拓扑结构进行了描述和分析。结果表明,运动副约束函数适用于包括变拓扑结构的各类运动副,能综合描述运动副类型、级别、自由度、方位、性质等信息及其变化的情况;运动链邻接矩阵适用于各类机构的非瞬时描述与分析,能广泛描述运动链的构件数、运动副数目、类型、级别、方位、性质、机构类别、自由度、空间布局等诸多信息;示例证明了约束函数和邻接矩阵描述分析空间机构的直观性、有效性和简便性。基于约束函数和邻接矩阵的解决方案为空间机构的描述和分析提供了一种新的途径和方法。     

仿蟋蟀微型机器人起跳过程驱动力特性的研究

针对蟋蟀生物体的结构和跳跃运动特点,利用扭转弹簧模拟其腿部关节柔性和肌肉的储能作用,得到了具有关节柔性的仿蟋蟀跳跃机器人的机构模型。应用拉格朗日法建立机构在着地阶段起跳过程中的动力学方程并对驱动力特性进行了仿真分析。结果分析表明:FT关节的驱动力矩大约是BF关节和TT关节的近3倍,因此FT关节的驱动力矩是完成跳跃的决定因素之一;利用柔性机构可降低跳跃运动所需关节驱动力矩和能量的消耗。