用邻接矩阵识别机构运动链同构的研究

研究了同构运动链的邻接矩阵之间的关系,指出了现有理论的几个错误,给出了同构运动链其邻接矩阵的特征矢量及特征值关系的充分必要条件。据此提出了识别机构运动链同构的方法,它不仅可识别运动链的同构,而且可得到同构运动链构件间的对应关系。完善和发展了应用邻接矩阵特征矢量及特征值识别机构运动链同构的理论和方法。     

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     

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.     

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。     

平面运动链类型综合的基杆构形树法

在对平面机构闭式运动链结构组成进行研究后,提出运动链类型综合的基杆构形树法。首先,针对给定的构件数与自由度,基于缩杆邻接矩阵综合出运动链连杆序列、缩杆序列、构件度序列以及基杆联结度序列等恒量序列。然后,归纳出基于缩杆邻接矩阵对运动链进行类型综合的方法与步骤,定义了基杆构形树,并用基杆构形树综合出运动链的基杆构形矩阵,进一步研究了综合运动链联结矩阵的缩杆匹配方法。由于基杆构形树法在综合过程中按杆的级别、运动副数目以及联结关系等结构不变量将运动链进行了分类细化,因此综合规律性强、效率高,有利于减少后续刚性子链消除与运动链同构识别的计算量,尤其适合于多杆多自由度平面机构闭式运动链的计算机自动综合,并在12杆以下平面机构闭式运动链的类型综合中得到成功的应用。同时,以10杆单自由度机构运动链的类型综合为例进行了实例分析。     

平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更研究

针对平面闭链机构运动特性集成的问题,对闭链机构的设计过程、闭链机构运动链数目综合过程、缩杆邻接矩阵表示、去同构链、去呆链等方面进行了研究,以此获得了各杆件不同自由度的缩杆邻接矩阵数目表。通过对各缩杆邻接矩阵的比较,提出了少杆与多杆机构局部同构的识别方法,建立了平面闭链少杆机构向多杆机构的过渡过程,在此基础上给出了平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更过程。最后,运用平面闭链机构缩杆邻接矩阵变更方法对现有的飞剪机构进行了改进,验证了该变更过程的可行性。研究结果表明:平面闭链多杆机构可以由少杆机构添加若干杆件及运动副获得。     

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。     

基于缩杆邻接矩阵的平面运动链同构识别

在研究了平面机构运动链结构不变量的基础上,基于缩杆邻接矩阵提出了3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。并进一步提出了以它们对运动链进行同构识别的缩杆邻接矩阵法,该方法具有操作简单、可靠性好、识别效率高等特点。     

基于杆组邻接矩阵的平面机构综合方法

为在平面机构综合中能够求解出包含R副和P副的全部运动链,给出一种基于杆组邻接矩阵的平面机构综合新方法。通过对前期研究提出的杆组邻接矩阵进行修正,构造改进的杆组邻接矩阵。基于改进的杆组邻接矩阵,求解给定杆组的所有装配方式,并同步辨识同构体,获取杆组装配关系的杆组邻接矩阵。根据提出的约束条件,采取逐级构造杆组邻接矩阵方法,求解杆组间的可行连接方式,并同步辨识同构体,从而获取全R副杆组间的连接关系的杆组邻接矩阵。将所有类型杆组代入求得的杆组连接关系矩阵,获取所有类型杆组可构成的全部机构构型,包含主动件和机架变换问题。以平面6杆机构为例,应用该方法首次求出包含R副和P副的所有机构构型为364种,验证了提出的综合方法的有效性和实用性。     

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。     

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。     

柔性机构的结构拓扑特征及其自由度分析

柔性机构是利用组成元素间的相对柔性来获得运动或力的一类机构。通过分析柔性机构的结构特点 ,本文提出了一个新的拓扑图来表示柔性运动链的结构拓扑特征 ,并给出了相应的矩阵表示 ,借助该矩阵中的信息 ,可以方便地对柔性机构进行自由度分析。并且指出柔性机构是一种变自由度机构 ,其自由度的数目与机构所受外力 (矩 )的大小和方位有关。     

Hierarchical clustering approach for determination of isomorphism among planar kinematic chains and their derived mechanisms

The problem of isomorphism among kinematic chains and their derived mechanism has been a hot area of research from last several years. The researchers so far have proposed many methods which are mainly based on characteristic polynomial and some code based methods to test the isomorphism among kinematic chains. In this present communication a hierarchical clustering based computerized method is proposed for the above said problem and it is tested for planar kinematic chains upto twelve links without any counter examples. In this method a hierarchical clustering algorithm is also developed for the identification of distinct mechanism derived from kinematic chains. In this method kinematic chains are represented in the form of weighted squared shortest path distance matrix and this matrix is further transformed in the form of tree or dendrogram with the help of hierarchical clustering algorithm. This algorithm directly gives the number of distinct mechanism derived from a given kinematic chain. The cophenetic correlation coefficient of dendrogram is used as an index for isomorphism identification among kinematic chains. The proposed method is efficient and accurate and only one matrix for a given kinematic chain is developed for the determination of distinct mechanisms. This method is successfully examined for one degree of freedom, 6, 8, 10, 12 links planar kinematic chains, 9 links two degree of freedom and 10 links three degree of freedom planar kinematic chains. The computer algorithm for the proposed method has been proposed which can easily be converted into a computer program. These results are useful for designers to detect isomorphism in mechanisms derived from kinematic chains and duplication among kinematic chains.     

机构运动链构型创新设计方法的研究

根据构件数和自由度数，进行机构的数、型综合，得到满足机构数和自由度数的所有运动链，根据设计对象的约束条件，将运动链生成机构运动简图，进行机构运动方案的概念创新设计。以容积式机器容腔执行机构概念设计为例，说明了该方法的可行性。     

闭环机构关联杆组中基本连杆排列组合的确定

针对含冗余约束和被动自由度的闭环机构,解决其关联杆组中基本连杆的排列组合问题。采用Matlab程序,求解关联杆组中基本连杆的数目,确定基本连杆的组合形式。该方法与决策树方法相比,避免了数据的遗漏。同一关联杆组中基本连杆排列方式同构,推导出的拓扑胚图同构。提出选择性插入方法解决基本连杆的同构排列问题,通过程序实现,证明该方法能减少运算量,节省运算时间。举实例说明程序自动生成有效基本连杆排列方式的应用过程。结果表明,所提出的运算方法能在进行闭环机构拓扑胚图综合之前,清除同构的基本连杆排列方式,保证后续推导的拓扑胚图的有效性,同时便于在计算机上实现,提高自动化程度。     

基于螺旋理论的并联机构构型设计

总结了一般并联机构与具有被动链并联机构的结构特点，提出了具有被动链并联机构的基本构造方法，根据螺旋理论分析了并联机构与其支链的自由度关系，提出了并联机构的构型设计与演变的基本法则。     

基于螺旋理论对少自由度并联机器人约束链的研究

螺旋理论是分析少自由度机构运动学的有力工具。本文基于螺旋理论对少自由度并联机器人的机构构型中的约束问题作了分析,并对约束链的自由度作了计算,为并联机构的特殊型位分析、运动分析、受力分析提供了有力证据,并进一步丰富了螺旋理论的应用。     

变自由度机构的构态变换研究

变自由度机构是一类新颖的机构,利用自身的结构约束或系统的约束,使其自身的自由度发生变化,从而实现不同的功能。在分析变自由度机构功能的基础上,根据其特点把它与其它机构进行了区分;研究讨论了该机构的构态变化,发现只须写出该机构原始构态矩阵,然后在此基础上利用矩阵计算可得到邻接矩阵,并借助于MATLAB软件,可以快速、准确的计算出邻接矩阵,从而反映拓扑图的变换性质及机构的变换规律,这种求解方法为该类机构的结构学、动力学研究提供了依据。     

Description of a propulsion unit used in guiding a walking machine by recognizing a three-point bordered path

A reconfigurable propulsion unit based on the Peaucellier-Lipkin mechanism has the ability to describe exact straight or curved paths depending on the selected ratio between the lengths of two of its links. The Peaucellier-Lipkin mechanism with one degree of freedom is transformed into a more sophisticated parallel kinematic chain by including four more degrees of freedom. The resulting propulsion unit is able to adapt its kinematic structure and reach instant centers of rotation, in accordance with the presence of three points that border a geometric path. A laser sensor mounted on the body of the machine detects each point. Once the machine has detected the exact location of the border of the road, it walks along a curve parallel to that border. Although the proposed research describes only one propulsion unit or leg, the methodology can be applied to all the legs of the walking machine. The novel 5-DOF leg is able to reach different centers of rotation, providing either the concave or convex arcs that satisfy the basic principle of displacement of walking machines.