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。     

球面并联机构自由度的终端约束分析方法研究

旋量法以其几何概念清楚,物理意义明确,表达形式简单等优势,常被用于分析机构的终端约束和自由度,然而该方法针对多支链并联机构的分析过程繁琐、耗时长。为解决上述问题,文章以2自由度Omni-Wrist V球面并联机构为研究对象,采用基于几何约束理论的图谱法,通过特定的规则绘制出机构的自由度线和约束线,确定机构的终端约束,进而推导出机构的运动模式。对比用旋量法分析该球面并联机构的终端约束,两种方法虽然殊途同归,然而图谱法简单直观,容易理解,且更为快捷有效。     

一种复杂平面机构自由度与可动性分析方法及应用

采用螺旋理论分析机构支链对动平台的约束,找出平面机构中的虚约束和局部自由度,修正了自由度的计算公式;通过分析机构支链的约束虚功率研究平面机构的可动性,用以判断机构能否连续运动。以一种平面瞬时运动机构为例,验证了该方法的有效性;最后以某型车载雷达举升机构为应用对象,研究结果表明,该方法适用于含有虚约束的复杂平面机构的自由度与可动性分析。     

两种新颖的柔性机构自由度分析方法

自由度是反映柔性机构运动能力的一个重要指标。针对柔性机构的自由度分析方法复杂、匮乏的现状,提出两种适用于柔性机构的自由度分析方法。基于前期对图谱法的研究,提出一种图谱化的自由度分析方法,该方法简单、直观。在对归一化柔度进行对比的基础上,提出一种基于柔度矩阵特征分析的柔性机构自由度分析方法。通过对平行四杆型、车轮型以及组合型柔性模块的具体分析,验证了所提方法的正确性和实用性。     

基于螺旋理论的单闭环多自由度过约束机构综合

以螺旋理论为基础,分析构成单闭环过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系,给出针对单闭环过约束机构的自由度计算公式。按照约束螺旋的性质将过约束螺旋分为具有不同阶数的力约束和力偶约束两类,总结所有可能形式的独立过约束性质和数目及其组合。在给出特定过约束组合的条件下,应用虚功原理,以反螺旋理论为计算手段,得到多自由度单闭环机构的综合条件。应用解析的方法,得到满足机构为非瞬时运动的条件,给出机构的运动副轴线布置、运动副数目、运动副排列和空间几何条件。全面系统地解决了单闭环多自由度过约束机构的构型综合问题,群举所有可能的单闭环过约束并联机构。给出机构综合步骤以及部分典型机构的设计范例。     

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。     

平面机构自由度计算中几个问题的探讨

论述了平面机构中运动副引入约束数目的计算、复合铰链的定义分析、虚约束的分析等方面的问题．为平面机构的自由度计算和结构分析奠定了基础。     

两转一移冗余驱动并联机构构型综合新方法研究

在铣削、钻铆、焊接等领域需要2R1T三自由度执行机构,特别是在高刚度、大工作空间、良好驱动稳定性等场合需要引进冗余驱动来改善2R1T并联机构的性能,为此基于Grassmann线几何和图谱法提出了一种系统有效且简单实用的2R1T冗余驱动并联机构构型综合新方法。根据机构的运动模式确定动平台的自由度线图,然后根据对偶法则得到动平台约束线图,通过在动平台约束线图增加冗余线得到冗余约束线图及其等效线图,根据支链约束分配原则将其分为7种方案;采用图谱法基于约束方案构造相应支链,并根据支链选取和配置准则综合机构的初步构型,每种方案分别综合了12、67、96、0、12、48、16种新构型,共综合出251种新构型,其中包含了一些文献所提出的2R1T冗余驱动并联机构;通过图谱法对已综合机构进行瞬时性分析,发现方案1和方案2所综合机构具有瞬时性,提出将该类机构中的一对平行力约束共轴布置的改进方法可消除其瞬时性,通过瞬时性分析验证该综合方法的可行性和合理性。该方法同样适用于4、5、6自由度冗余驱动并联机构构型综合。     

一种新型轴/径向伸缩式轮胎成形鼓机构自由度分析

针对一种用于子午线轮胎成形的新型轴/径向伸缩成形鼓机构,应用叠加原理,将成形鼓机构以自由度相等的基本驱动单元进行拆分。通过进一步对驱动单元进行结构分解,得到平面六杆机构及三杆四副支链等基本运动链。运用螺旋理论,对各简单平面机构及支链进行局部自由度、虚约束及公共约束的判定,分别计算其自由度;并依据广义运动副替代原则,得到多个子链组合而成的复杂多环路机构的自由度。通过对成形鼓机构的结构分解,得到了机构自由度数并对其性质进行了判定。     

平面低副机构运动误差的复数分析法

采用复数向量法导出了平面低副机构运动误差的通用公式,它不仅适用于单自由度的简单平面低副机构,而且适用于多自由度的简单平面低副机构,以及复杂的平面低副机构.     

转动轴线共面型3-RPS并联机构运动特性分析

通过对刚体运动螺旋和约束反螺旋的研究,给出了利用约束反螺旋求解运动支链或机构末端运动特性的分析方法,这种方法具有通用性。利用这种方法分析了RPS运动支链在运动副所有不同布置方式下的末端运动特性,求解了具有不同运动支链布置形式的三种转动副轴线共面型3-RPS并联机构的末端运动特性。说明了3-RPS并联机构并非一般认为的两个转动自由度和一个移动自由度,支链中运动副的相对位置不同或者支链的布置方式不同,则机构末端运动特性也不同。     

基于单环运动链的多模式移动机构型综合

针对移动机构多运动模式的功能需求,提出基于单环运动链的设计方案。首先,根据单环自由度公式,确定满足闭环且能活动的条件,并分析得到单环运动链的约束螺旋系阶数、杆件数目、运动副数目、自由度之间的组合关系;其次,以螺旋理论为基础,运用虚功原理得到满足不同约束螺旋系阶数下的各种运动副轴线存在的几何条件,以R副、P副为设计单元,群举出所有可能的不同自由度下的单环运动链组合方式,再以所构造的单环运动链作为本体或分支,从而构造出一类多模式移动机构;最后,给出多模式移动机构的构型综合的步骤及部分设计案例,验证了提出的设计理论和设计方法的可行性和实用性。     

平面3-RRR并联机器人运动分析的计算机模拟逼近法

提出一种新的平面3自由度并联机器人运动分析方法，计算机模拟逼近法。运用该方法进行了速度和加速度分析。先采用CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术，构造平面3—RRR3自由度机器人的模拟机构。再用两个相同且彼此靠近的平面3自由度机器人模拟机构，构造速度模拟机构，求解动平台上确定点的速度和角速度。最后用两个相同且彼此靠近的平面3—RRR机器人速度模拟机构，构造加速度模拟机构，求解动平台上确定点的加速度和角加速度。计算机模拟结果与解析法的结果比较表明，该方法具有简单、快捷、直观、求解精度高的优点，而且可以完成复杂机构的运动分析，为多自由度机构运动分析提供了更有效的工具。     

基于螺旋线矢力的一类三自由度对称并联机器人结构研究

针对二转动一平动(2R1T)三自由度并联机器人,基于螺旋理论,提出了可能的支链方案.分析了支链只存在单约束线矢力的情形,利用互易螺旋,得到支链运动副组合及其相应的设计原则.由于空间线矢力对转动与平动自由度都有影响,讨论了此类并联机器人自由度与约束线矢力空间分布之间的关系.综合支链运动副设计原则与机构设计所需线矢力空间分布,可得到符合实际应用的具有2R1T运动特征的并联机器人.通过对3-RPS三自由度并联机构的分析,具体说明了空间线矢力与并联机构自由度之间的相互影响.同时,此种机构综合方法也适用于其它少自由度并联机构构型的综合与优化设计.     

对Bagci C空间机构自由度公式的补充

在美国机构学者Bagci C自由度公式的基础上,通过对空间机构的公共约束数、运动副教、构件数和环路数的分析,发现作者给出的计算公共约束表达式仅适用于机构阶等于6的情况,而不适用于机构阶不等于6的情况.通过分析,给出了适用于机构任意阶的通用公共约束计算表达式.     

关于重新建立平面、球面机构与结构自由度计算新公式的研究

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束数的理论出发,对机构学的自由度计算公式进行了研究。研究结果表明,新公式不仅比1896年俄国科学院院士契贝舍夫建立的公式更为简单明了,具有计算速度快的特点,而且还适用于单环、多环、开式链、闭式链、混合链、高副、周转轮系、汽车行星排及结构力学中的静定结构和超静定结构自由度的计算。为计算平面、球面机构与结构自由度提供了更为方便快捷正确的理论计算式。     

精确约束二自由度微动角位移机构设计

为了研制面向精密工程的微动角位移机构,采用旋量代数分析了3-HSE和3-HSVR三螺旋角位移机构的自由度和约束模式.分析表明,基于“不共线三点确定一个平面”设计的角位移机构存在欠约束和欠确定运动问题,由此导致机构的位姿和运动具有不确定性.因此,提出了双螺旋式精确约束二自由度角位移机构.这种机构在自然状态下采用六点约束,...     

机器人臂运动分析的计算机模拟逼近法

提出用计算机模拟逼近法求解机器人臂平面多自由度机构的速度和加速度的方法,采用CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术,构造一些典型的机器人臂多自由度平面连杆模拟机构,再用两个相同且彼此靠近的多自由度机器人臂模拟机构,构造速度模拟机构,求解各个机构输出杆的速度,最后用两个相同且彼此靠近的多自由度平面连杆速度模拟机构,构造加速度模拟机构,求解机构的输出杆的加速度。计算机模拟结果与解析法的结果比较表明,提出的方法不仅具有简单、快捷、直观、求解精度高的优点,而且可以完成复杂机构的运动分析,为多自由度机构运动分析提供了更有效的工具。     

基于螺旋理论的空间机构自由度分析方法

将螺旋理论应用于空间机构的自由度分析中,采用螺旋理论中的运动螺旋和力螺旋分别来表示空间机构的自由度和约束,并利用螺旋理论中的互逆原理,对空间机构进行约束和自由度分析,总结出求解空间机构的自由度和过约束的方法,举出算例.研究从自由度和约束的基本概念入手,从而保证了方法的准确性和通用性.     

基于几何约束条件过约束并联机构自由度瞬时性的简便判别方法

由于采用螺旋理论工具计算得到的并联机构自由度是瞬时的,特别对于过约束并联机构,不仅其自由度性质可能改变,而且有些自由度的运动可能根本实现不了,所以必须对其自由度的瞬时性进行判别.鉴于国内外对过约束并联机构自由度瞬时性的判别方法的研究非常少,基于机构自身的几何约束条件提出一种判别过约束并联机构自由度瞬时性的简便方法.该方法根据各分支的几何约束条件建立几何约束方程,通过检查几何约束方程是否存在非零实数解来判别机构自由度的瞬时性,并以五种过约束并联机构为例,阐述该方法的具体判别步骤.基于仿真软件ADAMS提出一种判别过约束并联机构自由度瞬时性的仿真分析方法,该方法检测仿真模型自动添加的多余自由度,检查自动添加的多余自由度是否产生位移来判别自由度是否为瞬时的,同样采用这种仿真分析方法对上述五种过约束并联机构的自由度瞬时性进行判别.结果表明两种判别方法得到的结果是一致的,有力地验证了两种判别方法的正确性.