变拓扑机构可变运动副设计目录研究

可变运动副作为变拓扑机构改变拓扑结构的关键所在,其结构设计是变拓扑机构构型综合的难点.基于可变运动副拓扑变化方式的研究,构建可变运动副设计目录,用于可变运动副的结构设计.分别针对可变运动副的改变轴线方位、改变数目和改变类型等三类拓扑变化过程,分析可变运动副的约束变化特征,并采用运动副约束函数的算术运算进行描述.在归纳设计可变运动副结构形式的基础上,对可变运动副拓扑变化方式、约束变化特征和对应结构等设计信息进行分类和汇编,构建可变运动副设计目录.应用实例表明,采用可变运动副设计目录,能快速有效地设计可变运动副结构,为含可变运动副的变拓扑机构构型综合提供了方便.     

变胞机构运动特性的旋量代数分析方法

针对已有拓扑结构描述方法无法分析变胞机构的空间结构和运动特性的局限性,提出了变胞机构结构变换的旋量邻接矩阵描述新方法.在此基础上进一步提出了变胞机构运动特性的旋量代数分析方法,这种方法是通过旋量邻接矩阵确定运动螺旋的齐次线性方程组,通过齐次线性方程组的基础解系确定反螺旋系,并得出动平台的运动螺旋系,从而确定变胞机构在各构态的空间结构、构件数和运动副数、自由度等特性.提出了一种新型4-URU并联变胞机构,并采用所提出的方法对这种并联变胞机构进行运动特性分析,验证了所提出方法的正确性和有效性.     

基于运动副磨损和原始误差影响的机构运动可靠性分析

在对现有的磨损理论和研究成果进行综合的基础上,建立运动副磨损量的计算模型δw=kpvt,通过机构的运动和受力分析计算在任意位置运动副元素的接触压力和相对运动速度,在运动副连续接触理论和各随机因素符合正态分布的假设下建立机构运动精度可靠性模型,利用编写的MATLAB计算程序对所建立的模型进行实例计算,得出随着工作时间的延长磨损对于机构运动精度的影响越来越突出的结论.利用所建的模型,可以估算机构工作一定时间后的运动精度可靠度,也可以利用该研究结论反过来推算出在给定运动精度要求时机构的工作寿命.     

平面变胞机构及其结构分析

首先定义了变胞机构和变胞运动副的概念,提出了5种类型的变胞运动副,并对它们的特性和原理进行了详细的研究;通过变胞机构中自由度变化分析,提出了变胞机构中变胞运动链的概念,研究了变胞机构的结构组成原理和变胞机构的结构分解步骤,为变胞机构构态变换和机构的综合打下了坚实的基础.     

基于变胞原理的坚果剥壳机械手接触建模与构型研究探析

坚果是中国重要的经济林树种,壳仁分离是坚果精深加工的关键环节,目前普遍存在剥壳率低、损失率高、果仁完整性差等问题。建立准确的果壳与剥壳机械接触模型是破壳力分析的基础。树坚果果壳表面粗糙、外形不规则,接触区域不能抽象为规则的几何形状,如何建立面接触约束模型是实现无损伤壳仁分离的关键问题。以研究坚果壳仁分离机械手的破壳机理、结构设计为目标,提出一种变胞多指机械手,分析了坚果脱壳技术、剥壳机械手接触建模的研究现状,介绍了变胞机构的起源和应用研究概况,并阐述了坚果剥壳机械手的研究内容与发展前景。     

基于李群理论的2R1T并联机构构型综合

应用李群理论,对2R1T(两转动—移动)并联机构的型综合问题进行了系统地研究. 通过分析满足2R1T自由度性质的动平台的李群代数结构,并依据李群代数结构与刚体运动的对应关系,确定出各支链的李群代数结构和它们的等效运动链,最终综合出4394种2R1T并联机构新构型,并绘制了支链机构简图和部分机构简图. 研究结果表明,该方法简单、规范、有效,可作为构型评价及优化的基础,也适用于其他类型并联机构的型综合研究.      

变胞机构广义邻接矩阵运算法则的改进

改进了变胞机构广义邻接矩阵的运算法则,运用新的运算法则,不仅可以得到变胞源机构,而且可以演绎出新的机构,丰富了变胞机构的内容.以精梳机钳板驱动机构为例,运用上述运算法则,演绎出变胞式钳板驱动机构,并通过运动分析证明了该机构运动的可行性,进一步验证了本文提出的运算法则的可行性.     

运动生成机构的优化综合

提出了一种在运动生成机构不产生乱支与乱序缺陷，并具有整周转动的连架驱动构件的前提下使得机构的传力特性达到最优，在建立了运动生成机构的优化综合模型后，采用改进遗传算法寻求全局最优解，综合实例结果表明了该方法的有效性。     

低副机构设计中的力综合

提出了在低副机构设计中的新的基本问题之一——按机构传递的作用力要求进行设计,并给出了几种典型示例,可拓宽连杆机构设计的思路。     

平面高副机构的数综合及型综合

以平面高副机构及结构公式为基础，给出了三个原则，较详尽地介绍了自由度Ｆ＝１，２，高副数目ＰＨ＝１，２，３，４的平面高副机构的数综合方法．通过图、关联矩阵及运动链之间的转换关系，按ＭａｎｏｌｅｓｕｅＮＩ的方法讨论了机构的型综合问题     

基于机构最小阻力定律的旋转型变自由度机构运动顺序研究

基于机构最小阻力定律,对平面旋转型变自由度机构在考虑摩擦力、重力等情况下的机构杆件的转动条件进行了分析,提出杆件转动条件的表达式;基于泰勒级数展开式,对转动杆件考虑摩擦时的摩擦力矩进行了线性化处理;以平面五杆机构为例对机构运动顺序进行了分析。     

一类轴孔装配混联柔性机构构型综合

被动装配是实现轴孔高精度配合的重要方法之一,其基本原理为柔性装配机构针对外界装配力与装配反力做出自适应柔顺变形,补偿由于工业机器人定位误差导致的轴孔中心线位移偏差及倾角偏差.作为被动装配方法的核心使能部件,柔性装配机构的性能直接决定装配成功与否,为此,开展了一类基于五自由度混联柔性机构轴孔装配的方案设计和柔性机构构型综合研究.该机构由分别具有2T1R(T表述移动运动,R为转动运动)和3R自由度运动的柔性并联模块串联组成,并采用片弹簧作为实现柔顺变形的基本柔性单元.在整体方案设计的基础上,以旋量作为数学工具,提出一种并联柔性机构构型综合的一般流程,讨论在片弹簧不同变形情况下的支链组成形式,拟定支链装配条件.结合实际工况,本文优选出3-RFS-3-RFS作为轴孔装配的柔性机构,利用有限元软件对得到的机构进行仿真以验证机构自由度及各向柔度,仿真结果表明该机构具备五自由度且各向柔性差异小于0.05%.搭建了轴孔装配实验台,装配实验结果表明对于直径为20 mm与10 mm的轴孔对,装配成功率分别可达90%与70%.     

基于运动几何学的平面四连杆机构函数综合研究

根据运动几何学原理,采用图解解析法和计算机辅助设计计算方式,研究了一种平面四杆机构函数综合的通用方法,并开发了通用程序。     

柔性变胞机构动力学建模及仿真研究

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机构的精确控制打下基础;另外,根据杆件增加和减少两种情况下的构态变换矩阵推导出全构态柔性变胞机构的动力学模型.以4构态的柔性变胞机构为例,建立动力学方程并仿真验证所建立的全构态动力学模型的正确性和有效性.     

基于螺旋理论的2T2R完全解耦并联机构构型综合

针对并联机构的运动往往是非线性、强耦合的问题,基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出了两移两转(2T2R)类完全解耦并联机构构型综合方法.首先,根据2T2R完全解耦并联机构的运动特征和完全解耦并联机构的正、逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足期望形式的正、逆雅可比矩阵;其次,根据正、逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后,根据并联机构运动原理依次取出4条支链连接动平台和定平台得到并联机构.综合的完全解耦并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正、逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景.     

基于可重构虎克铰链副的仿人变胞手设计与分析

三指手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作.变胞手掌的引入,更加提升了机械手的工作空间以及抓取可适应性.着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(r T铰链副),设计出一款新型的仿人变胞手,使机械手可以部分模拟出人手的真实动作,从而增强机械手在空间中的抓取能力.将含有r T铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于r T铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在r T铰链副的不同构态下呈现出不同的运动方式,变胞手的手掌操作平面与Oxy平面的倾角以及手掌工作空间的大小也可以呈现不同的变化.因为当手指长度固定时,若要获得最大操作空间,机械手手掌的半径与物体半径有近似正比例对应关系,因此机械手掌半径的较大变化有利于提高机械手的抓取灵活性.此外,此机械手掌在非奇异构型下的单自由度特性也有利于机械手的控制,提高其工作稳定性.运用旋量系分解与基于公共约束和冗余约束的活动度扩展准则分析了该手掌在其工作空间内两个奇异位姿及其过渡姿态的活动度,并计算了新型变胞手在不同工作模式下手掌的工作空间大小及手掌工作平面位置,同时给出了手指操作平面倾角的变化与手掌半径的变化,展示了采用此变胞机构作...     

变胞多指灵巧手手掌尺度综合

分析新型的变胞多指灵巧手,设计一个能完成3种指尖抓持姿态的手掌.多指灵巧手变胞功能增强了机器手的灵巧度并增大了其工作空间,当手掌杆件静止时,每个手指都在一个平面内运动.由此提出手指操作平面的概念,从而将研究抓取姿态的问题转化为研究手指操作平面单位法向量的问题.建立球面变胞手掌的全局坐标系,得到3个手指平面的单位法向量在此全局坐标系下的表示,将抓取姿态映射成为姿态直纹面.分析3种常用指尖抓持姿态,得到实现抓持姿态时手掌需要满足的条件,并转化为非线性方程组的求解问题,得到满意的数值解.最后利用三维造型软件进行仿真,验证了计算的正确性.     

机构的构型及优化设计

运用机构的不同组合原理和方法，优化选择机构的类型，借助计算机编程、解析计算，对机械中的机构运动进行分析、综合、优化，得出精确的设计结果，为有特殊要求的机械设计服务。