基于转化邻接矩阵的含复铰运动链描述与同构识别

针对机构分析与综合中复合铰链难以处理和含复铰运动链同构识别困难的问题,分析复合铰链的内部结构,提出引入Pin构件将复合铰链转化为多个并联单铰链的新方法,从而将含复铰运动链转化为只含单铰的简单运动链。定义运动链转换邻接矩阵,用于描述含复铰运动链,通过分析发现该矩阵的内涵性质丰富,方便运动链的分析。提出运用转换邻接矩阵的阶数、对角线元素矢量、矩阵特征值和特征矢量等参数识别判断含复铰运动链同构关系的方法,这些特征参数是含复铰运动链的不变量。实例证明,利用转化邻接矩阵可简单、方便、直观地描述含复铰运动链,其特征值和特征矢量用于识别含复铰运动链的同构关系,具有准确、高效和简便的特点。定义的转化邻接矩阵及其运用方法为复合铰链的处理以及含复铰运动链的识别提供了新的途径。     

邻接矩阵在平面机构分析中的应用

研究了邻接矩阵在平面机构自由度计算、同构识别和速度瞬心求解中的应用。揭示了邻接矩阵与机构自由度的关系。给出了同构运动链邻接矩阵的特征向量及特征值关系的充要条件 ,据此提出了识别机构运动链同构的方法。最后 ,提出了应用邻接矩阵自乘求解机构全部瞬心及求解给定瞬心最短路经的方法     

机构运动链邻接矩阵的素数表示与同构判别

提出用素数标识机构运动链中的构件,根据运动链的邻接关系建立一个用素数表示的基本邻接矩阵.利用该基本邻接矩阵及反映次级邻接关系的素数乘积生成同构判别矩阵,给出利用判别矩阵的行列式和线性方程组的解矢量判别机构的同构或异构的方法.进一步根据解矢量元素分类情况用新的素数对判别矩阵进行动态修改,最后可以得到元素各不相同的解矢量,机构运动链拓扑图的全部节点的相对位置由该解矢量唯一定位,从而找到两个同构机构的构件标号映射关系,给出两个机构运动链同构的充分必要条件.判别方法创新之处在于利用素数动态赋予相应的构件,以虚拟破坏图结构的对称性并虚拟改变图节点的局部邻接、次级邻接关系,而图的实际结构并不改变.该方法也适用于一般无向图的同构判别.判别实例表明该方法非常有效,计算时间复杂度为多项式且可建立同构的标号映射关系,具有很高的可靠性,并且容易实现自动判别.     

含复铰运动链的改进邻接矩阵描述及同构判定

运动链的同构判定是一个较为复杂的问题,对于机构的型综合具有重大意义。本文中提出了一种含复铰运动链的描述及同构判定的新方法。首先,针对运动链中复合铰链难以分析、识别的问题,提出了一种改进关节邻接矩阵描述含复铰运动链的方法;接着,用特征码表示运动链的基本特征,作为同构的必要条件;然后,通过改进关节邻接矩阵构造了关节距离矩阵,并得到该矩阵的和列阵。通过判断特征码、和列阵两个结构恒量是否相等来判定运动链是否同构。最后,通过案例验证了该方法的有效性和可靠性。     

平面运动链同构识别的标号法

平面机构运动链的同构识别是运动链再生创新设计的重要组成.文中基于平面机构运动链的结构特征,提出了解决此问题的新方法一标号法.首先对运动链各构件按一定的规则进行标号,进行规范化处理,然后用规范化缩杆邻接矩阵表示该运动链图的连接关系,根据两运动链的缩杆邻接矩阵是否相同来识别两构件是否相似.     

平面运动链同构识别的距离和序列法

对平面机构运动链结构组成进行探讨后,研究了运动链中的结构不变量,并基于缩杆邻接矩阵提出了4个新的运动链结构恒量序列,这些恒量序列将杆的级别、运动副数目以及各杆的连接关系考虑在内。以此为基础,提出了对运动链进行同构识别的距离和序列法。该方法实质上是对运动链进行分类同构识别,因此具有操作简单、可靠性好、识别效率高等特点,已成功应用于12杆以下机构运动链型综合时的同构识别     

一种含复铰运动链同构判定的新方法

运动链的同构判定是一个较为复杂的问题,对于机构的型综合意义重大.提出了一种含复铰运动链同构判定的新方法.首先,提出了一种改进邻接矩阵描述含复铰运动链的方法,该方法具有运动链结构描述的唯一性.接着用特征码表示运动链的基本特征,作为同构的必要条件.然后,提出了最短距离矩阵的概念及其求解算法,并得到该矩阵的和列阵.通过判定特征码、最短距离矩阵的和列阵及特征值、特征向量是否相等来判定运动链是否同构.最后,通过实例验证了该方法的有效性和可靠性.     

加值矩阵对平面含复铰运动链描述与同构判定

针对机构综合和优化的同构判定问题,分析含复合铰链的运动链的构成元素,提出一种区分运动链元素的加值矩阵的方法,从而有效描述运动链中的复铰和构件等信息。结果表明:加值矩阵对单铰和复铰的运动链有着相同的构建思路,相较于传统的顶点邻接矩阵和转化邻接矩阵有着信息多和简易构建等特点;利用计算机计算加值矩阵的特征值及特征向量就可以进行运动链的同构判定,这种方法具有准确简单的特点;加值矩阵为描述各种类型的运动链提供了一种快速高效的途径。     

基于改进的杆组邻接矩阵的平面运动链类型自动综合

为了利于计算机自动综合,提出了改进的Assur杆组邻接矩阵的平面运动链类型自动综合。首先针对构件数主动件数和选定的杆组,根据杆组组成理论求出对角线元素以及它们的不同组合,然后归纳了综合方法和步骤,定义了选定杆组邻接矩阵。因为综合法在综合构件的过程中根据杆件数、主动件数及杆组类型这些因素分类细化了运动链,并同时判断同构构型,所以综合过程具有很强的规律性,效率也很高,可以减少后面运动链同构识别与刚性子链识别的计算量,特别是对于计算机自动综合多杆多主动件的平面机构运动链,并成功应用在综合12杆以下的平面机构运动链类型。并且以6构件单主动件机构运动链为例进行了类型综合。     

利用邻接矩阵的幂序列进行运动链和机构的同构判定

从同构的图论意义出发,提出了一个新的运动链结构不变量,进而提出了利用邻接矩阵的幂序列进行运动链同构判定的方法。它与现有的其他方法相比,具有直观、简便和显明图论依据的特点,且该方法不仅可以实现运动链的同构判定,而且可以成功地判定一般图的同构。在此基础上,本文最后给出了从同一运动链中识别出不同机构的两个方法。     

Kinematic chains for robot hands—I. Orderly number-synthesis

Number synthesis of kinematic chains usually involves the generation of a complete list of kinematic chains followed by a time-consuming, computer-intensive procedure for the elimination of isomorphs. A significant unsolved problem in number synthesis is the guaranteed precise elimination of all isomorphs. Since there is no efficient algorithm for always determining whether two kinematic chains are isomorphic, any “efficient” algorithm has a finite probability of rejecting a unique, potentially useful, chain. This paper reviews the history of number synthesis and presents a new orderly method for synthesising kinematic chains. This new Melbourne method guarantees to produce a complete list of chains, which, only when some doubt to the uniqueness of a chain exists, may include an isomorphic chain. As a consequence, this technique produces significantly fewer isomorphs in the output list than do previous techniques; often no isomorphs are produced by the method whatsoever. It is proposed that in many situations where the synthesis of kinematic chains is required, the processing of duplicate chains in the early stage of design is preferable to the omission of a potentially useful chain.     

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。     

ADJACENT MARTIX METHOD OF IDENTIFYING ISOMORPHISM TO PLANAR KINEMATIC CHAIN WITH MULTIPLE JOINTS AND HIGHER PAIRS

The adjacent matrix method for identifying isomorphism to planar kinematic chain with multiple joints and higher pairs is presented. The topological invariants of the planar kinematic chain can be calculated and compared by adjacent matrix. The quantity of calculation can be reduced effectively using the several divisions of bars and the reconfiguration of the adjacent matrix. As two structural characteristics of adjacent matrix, the number of division and division code are presented. It can be identified that two kinematic chains are isomorphic or not by comparing the structural characteristics of their adjacent matrixes using a method called matching row-to-row. This method may be applied to the planar linkage chain too. So, the methods of identifying isomorphism are unified in the planar kinematic chain that has or hasn't higher pairs with or without multiple joints. And it has some characters such as visual, simple and convenient for processing by computer, and so on.     

运动链拓扑胚图的同构判断

平面并联机构基于胚图的综合方法中,拓扑胚图的同构判断是关键的环节。针对不含二元杆的运动链拓扑胚图,解决它们之间的同构判断问题。运动链的拓扑胚图与拓扑图相比有着独特的个性,由于在支链上没有二元点,所以图的顶点之间的关系主要是顶点之间的相对位置。根据拓扑胚图的特性,从关于图的邻接矩阵的经典理论出发,建立图的任意顶点之间的路径数矩阵,将路径数矩阵的元素按照一定规则排列成路径数组。论证了拓扑胚图同构的条件。在度序列和一阶路径数组相等的前提下,利用二阶路径数组来判断拓扑胚图是否同构。举实例说明判断过程及具体应用。拓扑胚图同构判断问题的解决不仅为基于胚图的型综合奠定了基础,而且对于某些运动链拓扑图的同构判断也具有普遍意义。     

基于约束函数的变胞机构变胞方程

变胞机构拥有多个变换的稳态和变胞态,其拓扑构态描述与分析是变胞机构结构学的难点。采用数学分析方法,探索全面、简便而准确地描述和分析变胞机构构态拓扑结构的问题。根据运动副约束的特征,定义反映运动副类型、级别、自由度、方位、性质及其随时间变化情况等诸多特征信息的参数——运动副约束函数,采用矩阵法构建以约束函数为元素的机构变胞源运动链邻接矩阵。针对合并构件、分离构件、改变构件性质、新增运动副、消除运动副及改变运动副性质等六类机构变胞方式,分别定义相应的机构变胞函数和变胞矩阵,建立相邻稳态之间变胞态的机构变胞方程。应用实例表明,所定义的运动副约束函数、运动链邻接矩阵、变胞矩阵和变胞函数等概念能简便、广泛地描述变胞机构的构态特征,基于约束函数的机构变胞方程能准确地描述和分析机构相邻稳态之间变胞态的变换过程,为变胞机构的结构分析提供一种新的途径和方法,并为进一步的变胞机构运动学和动力学分析以及机构综合研究提供理论基础。     

Matrices associated with kinematic chains with from 3 to 5 membersMaтpицы кинeмaтичecкиx цeпeй c n = 3 … 5 звeньeв

On the basis of the notion of a matrix associated with a kinematic chain and the notion of a structural variant, the matrices associated with the kinematic chains containing between 3 and 5 members are established in the present investigation. At the same time the corresponding graphs and the corresponding forms of the kinematic chains are presented. At the beginning of the work the general method of determining the elements of associated matrices is described. The work has the aim of emphasizing the advantages of using the associated matrix for the structural study of mechanisms.     

Constraint embedding in kinematics and dynamics of hybrid manipulator systems

An approach to kinematics and dynamics based on kinematic influence coefficient matrices is proposed for applications to the analysis and control of motion controlled multibody systems, e.g., hybrid robotic manipulator systems. The scheme is unique in a sense that all the kinematic constraints are completely embedded into the formulations at the kinematics level and equation of motion of the system is obtained in a closed form with respect to the minimal set of independent joint coordinates. Furthermore, all kinematic and dynamic formulations are expressed compactly in the same format by using two special algebraic operators. This isomorphic formalism allows systematic transformations of kinematic and dynamic informations between different sets of coordinates in a purely algebraic way.