基于SimMechanics的平面五杆变胞机构动力学分析

构态转换是变胞机构研究中的一个重要环节,在构态发生变换的时刻机构会发生振动,影响机构的稳定性。以一个五杆变胞机构为例,利用SimMechanics建立了动力学模型,验证了在构态变换时的振动效应,分析了不同的初始条件对变胞机构动力学性能的影响,得到了构态转换时刻机构的动力学曲线,并证明通过改变机构输入可以有效抑制构态转换时刻的振动,改善机构的运动性能。     

基于虚拟样机技术的变胞机构构态变换研究

变胞机构的构态变换是变胞机构研究的重要内容,由于机构构态的突然改变,变胞机构在这个时刻会发生冲击.冲击对变胞机构的影响是变胞机构研究的一个难题,以一个平面五杆变胞机构为例,通过虚拟样机技术对变胞机构的变胞过程进行动力学仿真,从而得到机构发生冲击振动时刻的运动曲线,并分析了不同驱动条件下冲击对机构的影响.仿真结果表明,改...     

五杆机构构态变换过程中的动力学特性研究

变胞机构的构态变换是变胞机构应用中的一个重要分支。为了对变胞机构在构态转换时的瞬态运动学和动力学进行研究,得到约束变胞机构的构态变换过程中存在的冲击和振动对机构的影响。利用Lagrange方程建立了一种约束变胞五杆机构的动力学模型,并对其进行动力学分析,应用Matlab/Simulink软件对机构中变胞副的速度、加速度信号进行数值分析,得到了弹簧刚度、转动惯量这些参数变化时对变胞副在构态变换过程中的冲击和振动的影响,结果表明,当改变弹簧刚度和转动惯量时,构态变换中的冲击振动减弱。     

基于ADAMS变胞机器人构态变换研究

变胞机构广泛应用于制造业和机器人业。根据变胞机构的运动原理,针对具有三个构态的变胞机器人进行构态变换研究。在UG中建立三维模型,利用ADAMS软件对这三个构态进行构态变换仿真,得到了构态一向构态二和向构态三变换时Y方向位移、速度、加速度、动能曲线。构态一向构态二变换时有柔性冲击,需要控制其变换以减少柔性冲击;构态一向构态三变换时比较平稳。     

新型可控变胞式码垛机器人机构动态优化

变胞机构发生构态变换时,不可避免地会造成冲击,严重时将导致系统失稳。因此需要对变胞机构进行动力学优化研究,降低变胞机构构态变换时受到的冲击力,提高变胞机构的动态稳定性,对变胞机构在实际应用中的推广至关重要。以面向任务可控变胞式码垛机器人机构系统为研究对象,在实际运行下机构系统在单自由度和两自由度构态变换时的全构态非线性动态模型的基础上,考虑机构属性、材料参数、控制参数以及内冲击激励对机构系统动态性能的影响,运用遗传算法对系统进行动力学优化,先后针对系统的机构属性和材料参数建立了参数优化数学模型,运用遗传算法对系统进过优化计算,提高了系统的动力学性能。     

基于变胞原理的轮履复合式机器人行走机构

研究了1种三构态变胞机构,能够及时转换构态,实现末端参考点的预定轨迹。对该机构进行了构态变换分析,给出了在不同构态时机构的自由度、邻接矩阵及构态变换时的变胞方程。根据机构在不同构态时的性质,将该变胞机构应用于移动机器人的设计中,提出了1种轮履复合式机器人行走机构。该机构融合了轮式机构高速和履带式机构通过能力强的优点,具有3种运动模式,能通过构态的变换来满足野外环境中的不同运动需求。     

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。     

平行四边形变胞移动机构的构态变换随机性分析

变胞机构在运动过程中可以实现不同的构态变换。为了研究变胞机构构态变换过程中的随机性影响,建立一种常见的平行四边形变胞移动机构模型。以等效阻力梯度模型为基础,对机构进行动态静力学分析,并最终对其构态变换过程进行研究。分析不同参数变化时,对平行四边形变胞移动机构构态变换过程中的随机性影响,得出转速、杆长、外力、外力矩不同参数变化情况下构态变换过程中产生的随机性影响。结果表明：随着转速、外力、外力矩的增大,使变胞机构构态变换过程中更容易产生随机构态,杆长的影响不明显。研究结果对于未来如何利用和控制具有作业任务的变胞机构中的随机构态起到借鉴作用。     

描述变胞机构构态变换的新表示法

针对现有构态变换矩阵不能衍生邻接矩阵和描述运动副空间位置的问题,构造了1种即可衍生邻接矩阵又可描述变胞机构运动副空间位置的构态变换矩阵,此矩阵包含杆件数、运动副数、运动副类型、运动副空间位置、连杆与运动副的连接关系等信息,不但可求出机构的自由度和构造构态变换矩阵衍生出的邻接矩阵,还可以在仅知道构态变换矩阵的情况下,逆向思维描绘出机构运动简图,通过平面变胞机构、空间机构和平面—空间变胞机构构态变换举例,说明此构态变换矩阵便于构造、信息量大、运用范围广。     

变胞机构的构态变换矩阵与运动副方位变胞

针对邻接矩阵不能用于运动副方位变胞的问题,构建了一种描述变胞机构结构拓扑和构型演化的构态变换矩阵。该矩阵提供了运动链连接状况、运动副类型和运动副方位特征信息,使各类运动链都可应用该构态变换矩阵进行描述。给出了基于该构态变换矩阵的运动副方位变胞的基本原理和方法。首先构造平面运动链的构态变换矩阵,然后构造对应的带有消极自由度的平面运动链的构态变换矩阵,进而改变矩阵中某些运动副的轴线方位,构造出变胞后的运动链的构态变换矩阵,最后根据构态变换矩阵的拓扑信息,构造对应的机构结构简图,实现运动副方位变胞。实例表明,给出的构态变换矩阵结构简单,便于构造,信息量大;提出的变胞方法便捷可行。     

构态变换有碰撞的变胞机构动力学性能分析

在许多变胞机构构态变换的方式中均伴随有构件之间的碰撞。碰撞势必在机构中产生振动。以一个平面五杆变胞机构为例,利用拉格朗日方程和碰撞动力分析方程建立了构态发生变化时有碰撞的情况的动力分析方法。研究表明:在变胞机构的构态转变过程中,由于碰撞的存在则机构中将会产生一定的振动。施加于机构上外力的大小对机构是否能够顺利实现构态变换及机构在构态变换时机构振动的时间有比较明显的影响。     

基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化

研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值。基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型。在此基础上,针对机器人的构态切换平稳性问题,从构态切换前的速度性能、构态切换时的冲击性能和构态切换时的动力学性能3个方面对机器人的冲击运动性能进行分析,并建立了相应的性能指标。通过分析影响性能指标的机器人参数,对上述冲击运动性能指标进行分类,并基于权重系数法,构建面向综合评价指标的参数优化设计模型。以平面3自由度变胞机器人为例,仿真分析机器人参数对冲击运动性能的影响,并对其进行优化设计。研究结果表明：通过改变杆件长度和初始构型可有效减小机器人构态切换时所产生的冲量,改善了机器人的冲击运动性能,有利于提升系统运行的稳定性和安全性。     

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。     

一种含一个螺旋副的垂直交错轴五杆传动机构

本文提出了一种含有一个螺旋副、输入输出轴线垂直交错的五杆传动机构。研究了输出构件按任意给定的运动规律摆动且满足最大压力角条件的螺旋副几何尺寸的设计方法。设计实例表明了该种传动机构设计简单、工作平稳、噪声低。     

曲柄滑块机构的运动误差补偿

在实际的机械系统中,由于构件的加工、装配误差和磨损,机构系统中一定会存在误差。误差的存在会影响机械系统的稳定可靠性和运动精度,使得实际机构和理想机构之间存在运动误差。现代机械工业正向着高精度、高速度、高效率的方向发展,如何减小机械系统中的误差是一个关键问题。本文应用曲柄滑块机构为例,提出一种增加一个自由度的方法,把曲柄滑块机构改装成五杆机构,通过控制新增的自由度来减小系统误差的方法。运用开环运动补偿控制和PID闭环控制方法对五杆机构进行控制,从而提高系统的可靠性和运动精度。实验结果表明:所提出的方法能够有效的减小机构系统中的误差,提高了曲柄滑块机构的运动精度。     

混合驱动五杆月球车动力学分析

根据月球车腿式移动机构的优点,针对混合驱动五杆月球车用拉格朗日法推出混合驱动五杆月球车的动力模型,得出各杆线速度和驱动力的表达式。通过设置具体参数对混合驱动五杆月球车模型进行分析,得出了混合驱动月球车的五杆机构运动仿真图、主动关节等效惯量,耦合惯量和驱动力矩的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的主动关节等效惯量、耦合惯量和驱动力矩的影响较大。     

Design and forward kinematics of the compliant micro-manipulator with lever mechanisms

This paper presents the forward kinematics of a five-bar compliant micro-manipulator. To overcome the limited displacement of such a flexure-based mechanism driven by piezoelectric actuators, lever mechanisms are utilized to enlarge the working range. The mechanical design of the micro-manipulator is firstly described. Mathematical formulations for the five-bar mechanism are described and the solutions are developed to decide the end-effector position in Cartesian space. The amplification factor of the lever mechanism is also derived based on the analytical solution of the four-bar linkages. The velocity of the end-effector is obtained by differentiating the forward position kinematic equation, and the local mobility index of the five-bar compliant mechanism is determined and analysed. Based on linearization of trigonometric functions and constant Jacobian matrix, numerical simulations are carried out to investigate the performance of the five-bar compliant manipulator and to determine the optimal geometric parameters for the configuration. The comparisons between the exact solution and simplified methodologies are conducted. Experiments are carried out to validate the established model and the performance of the developed micro-manipulator.     

变胞机构的基因建模理论与构态进化分析

变胞机构的英文首创是“Metamorphic mechanisms”。这一概念借用了生物学中“Metamorphosis”,即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念,并结合机构的基本杆组组成原理,首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理,定义变胞元与变胞基因,并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型,分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点,讨论变胞源机构及生成方法与过程,得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法,建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例,并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果,对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。