面向控制的机构结构和质量分配设计

在现代机械的设计中，机构的设计和其运动控制系统的设计相互影响，密不可分，机构的动力学特性能将直接关系到机构控制系统设计的难易程序。而机构的动力学性能可以从机构结构和质量分配设计这两个方面来加以改进。本文分析了机构的结构和构件的质量分配对其控制系统的影响，提出了面向控制进行机构设计的一些手段和方法。     

偏心旋转-摆动式凸轮机构运动设计与分析

从动件的运动设计包括各运动阶段运动规律的选择和运动时间的分配.文中对一种典型的偏心旋转-摆动式凸轮机构的从动件运动进行了设计,并分析了时间分配对机构运动性能的影响.结果表明:通过合理地时间分配,可以明显改善机构从动件的运动性能.     

基于动力学的拟人肩关节动载协调分配优化研究

针对并联机构动载分配优化存在的问题,对一种拟人肩关节机构的运动学、动力学、机构性能等方面进行了研究,提出了一种动载协调分配优化方法。首先结合拉格朗日方程和虚功原理建立了动力学模型,并利用动力学仿真软件验证了动力学模型的正确性;然后基于动力学模型,建立了肩关节机构的动力学性能指标和力映射性能指标,并应用加权求和法将其转换成综合性能指标;最后采用Dijkstra算法得到了性能最优的轨迹,并综合考虑时间、能耗和力矩波动,采用遗传算法优化了该机构的广义时间,从而确定了各个关节的力矩、角位移和角速度。研究结果表明:该优化方法能够实现拟人肩关节在时间最短、能耗最小、性能最优的条件下完成运动,且该优化方法也适用于其他并联机构。     

一类新型同轴式分度机构构型综合

针对高速分度运动的工程需求,采用颜氏创造性机构设计方法,研究一类新型分度机构的构型综合。以一种现有同轴式分度机构为对象,在系统分析其拓扑构造特性的基础上,构建出一般化运动链及其运动链图谱。再根据机构的结构特点及设计需求,构建特定化运动链图谱,经由具体化程序,通过遴选图谱中构件和运动副类型,获得机构图谱。结果表明:有两种特定化运动链,各有6种运动副分配方式,因此得出12种可行的机构设计方案。并给出几种可行的设计方案,为新型分度机构的构型创新与遴选提供借鉴。     

基于改进最佳极限偏差法的弧面凸轮机构公差分配研究

基于空间啮合理论推导了含误差的弧面凸轮机构啮合方程,采用微分分析法推导了影响弧面凸轮机构运动精度的各误差因素的影响系数表达式。结合各误差影响系数,探讨了弧面凸轮机构的简易公差分配法,然后综合考虑加工成本、尺寸因素、装配性能等工程实际,提出了弧面凸轮机构改进最佳极限偏差公差分配法。用这两种方法对某型弧面凸轮机构进行了公差分配,结果表明采用改进最佳极限偏差法更为合理。对弧面凸轮机构的公差分配进行了有益的探索,同时也为其他空间共轭传动机构的公差分配提供了一定的借鉴。     

平面连杆机构运动误差综合的研究（Ⅰ）──运动误差综合的单位向量法

以运动误差分析为基础，从机构输出运动误差最小出发，给出了机构输出运动误差极值理论，提出了机构运动误差综合的单位向量法。该法具有公差分配合理，简单为行，无需优化，适用空间机构等优点，最后给出了算例．     

曲柄滑块机构运动误差分析

基于误差和数据处理理论并利用MATLAB工具,对曲柄滑块机构运动误差的分析计算模型进行了研究。分析了机构初始间隙的形成、变化过程与机构误差的关联,阐述了机构运动特征指标与机构运动误差分析的关系;建立了曲柄滑块机构的运动学分析模型,给出了机构误差特征指标的计算方法;以机构误差特征指标为基础建立了机构误差的合成与分配计算模型;通过MATLAB软件的仿真计算,揭示了机构误差特征指标的变化规律,为合理确定机构尺度允差和进行后续的动态误差分析提供了理论依据。     

平面连杆机构运动误差综合的研究（I）—运动误差综合的单位向量法

以运动误差分析为基础，从机构输出运动误差最小出发，给出了机械输出运动误差极值理论，提出了机构运动误差综合的单位向量法，该法具有公差分配合理，简单为行，无需优化，适用空间机构等优点，最后给出了算例。     

混合驱动凸轮连杆机械压力机的分析与仿真

分析了将混合驱动凸轮连杆机构应用于机械压力机的意义,提出了一种混合驱动凸轮连杆机械式压力机的机构构型,分析了其运动原理。用回路矢量法对混合驱动凸轮连杆机械压力机进行了运动学分析。并给出了一个设计实例,利用Pro/Mechanism模块对其进行了机构运动仿真,结果表明该机构能使滑块实现多种运动规律以满足加工要求。通过对混合驱动七杆压力机的结构特性和运动仿真分析,得出了混合驱动凸轮连杆压力机相对混合驱动七杆压力机具有杆长条件容易满足和滑块输出运动规律特性好等优点。最后建立混合驱动凸轮连杆压力机的动力学模型,对其进行了功率分配研究。     

一种四自由度冗余串并混联拟人机械臂的动载协调分配优化

基于串联机构与并联机构的特点,提出了一种新型四自由度冗余串并混联拟人机械臂机构,弥补当前拟人机械臂的不足之处。针对该机构主动关节之间驱动力分配存在多解的特点,提出一种机构按照预定轨迹运动的动载协调分配优化方法。基于牛顿-欧拉法建立冗余混联机械臂机构的动力学模型,其中机械臂肩关节机构动力学方程为超静定方程,利用小变形叠加原理建立机构的变形协调补充方程;建立以平均功率、力矩波动和平均功率偏差为目标的多目标优化模型,利用主成分分析法对该模型进行优化求解;通过数值算例验证了该方法的正确性和可行性。研究结果表明,选取最优的分配输入组合可实现机械臂能耗低且平稳地工作。     

高速凸轮机构最佳推程回程运动角的最优求解法

在推程、回程运动角之和为定值的情况下，探讨了使得凸轮机构综合动力学性能最佳的最优分配的求解方法，并通过具体算例说明了该方法的可行性。     

基于改进AGREE方法的静叶调节机构可靠性分配

在对航空发动机的静叶调节机构进行可靠性分配时，采用传统AGREE方法得到其子系统的重要度和复杂度与子系统实际重要程度和复杂情况有偏差，并影响各子系统可靠度分配结果的合理性。针对这一问题，对传统AGREE方法中的重要度和复杂度进行了修正，提出了一种改进的AGREE方法。首先，考虑了不同子系统故障对系统的影响程度、修正重要度，考虑了子系统中会导致机构故障的关键零件的数目修正复杂度，对传统AGREE方法进行了改进；然后，提出了一种改进的AGREE分配法，并提出了进行可靠性指标分配的步骤；最后，采用改进的AGREE方法，对静叶调节机构可靠性指标进行了分配。研究结果表明：利用改进的AGREE方法可以完成对静叶调节机构的可靠性指标分配，其分配结果实现了为故障危害相对较小子系统分配更低的可靠度指标，为零件数量较多但关键零件较少子系统分配更高的可靠度指标的目标。与传统AGREE方法的分配结果相比，采用改进的AGREE方法所得到的分配结果更为合理。     

小型化四足机器人的运动学分析及仿真研究

为降低四足机器人的工作能耗,提高其在恶劣环境下的有效工作时间,提出了一种小型化四足机器人的设计方案。首先,说明了该四足机器人的运动方式,详细介绍了其控制系统、减速传动机构、分解传动机构、间歇分配机构和腿部机构;然后,针对该小型化四足机器人的简化模型进行了运动学分析,将运用Pro/E软件建立好的小型化四足机器人模型导入ADAMS软件中,再基于ADAMS平台进行了三维四足机器人模型的运动仿真;最后,重点分析了该四足机器人双侧腿部进行步态切换时的行走状态,总结出了其速度曲线突变的原因。研究结果表明,该小型化四足机器人可以实现稳定的运动,进而验证了机器人设计方案的可靠性。     

求解直动推杆盘形凸轮最小尺寸的一种方法

当推程、回程运动角之和φ+φ′=m(定值)时,根据凸轮机构压力角约束条件,针对直动推杆盘形凸轮机构的一般形式即偏置式,探讨了满足最优分配optimum{φ,φ′}的最小基圆半径rmin的求解方法,并以实例验证了该方法的可行性。     

变胞机构与机构再生运动链综合研究

变胞机构是机构在运动的过程中通过改变构件或运动副的数量或类型从而完成不同的功能,而机构再生运动链方法是根据初始机构通过综合理论得到所有可能的运动链的一种机构创新方法,由于这两种方法都要利用拓扑结构来表达,因此笔者创造性的将两种方法利用其内在的拓扑关系结合起来,从而提出了基于拓扑的变胞机构再生运动链创新方法,该方法为利用再生运动链对变胞机构的创新提供一定参考依据。     

同步辐射X射线双晶单色器联动机构

提出了一种实现固定空间输出位置同步辐射双晶单色器的方法及联动机构。分析了基于Bragg衍射原理的此类X射线双晶单色器发展状况,尤其是在能量扫描过程中,通过运动补偿实现出射光束方向与位置固定的方法,总结了各种机械联动机构。在综合凸轮耦合运动机构及直角联动机构运动特点基础上,详细描述了国家同步辐射实验室成功研制的X射线双晶单色器L型联动机构特征,其融合了二者的优点,简化了结构与运动,重点分析了其结构原理与运动关系,以及机构运动的实现与第二晶体自身微调,并对其性能做了进一步的讨论。测试结果表明,L型联动机构完全适用于实现3.1~12.4 keV整个能量范围的全谱扫描实验研究。     

任意结构数控机床机构运动学建模与求解

建立了一种适合于任意结构数控机床的机构模型与运动模型及机床运动求解的通用方法。对于具有任意轴数、轴运动方向为空间任意方向的数控机床,均可通过机床机构的型和结构参数来描述其机构模型,并据此建立其运动模型和进行机床运动求解。     

三次样条插值函数在凸轮机构运动分析中的应用

凸轮机构的运动分析在机械优化设计中具有重要的研究价值。本文对目前常用的几种凸轮机构运动分析方法进行了评价,指出了其不足和存在的问题,然后将三次样条函数应用于凸轮机构的运动分析中,建立了基于三次样条函数的凸轮机构运动分析方程,最后以印刷机的开闭牙凸轮机构为例,实现了其完整的运动分析,仿真结果验证了方法的正确性及优越性。     

概率密度演化方法在机构运动精度可靠性中的应用研究

以工程中实际应用的某压力机平面多连杆机构为例,分析了其运动方程,得到了其运动精度可靠性分析的功能随机过程。采用极值变换理论,构造了机构运动精度极值概率演化的虚拟随机过程。利用概率密度演化方法求解得到了响应极值的概率密度函数,概率密度演化方法可直观地反映机构运动精度响应量与输入随机变量的概率演变、转化关系,并可方便地求解出机构运动精度可靠度。最后,结合计算结果分析了概率密度演化方法在机构运动精度可靠性分析中应用的优越性和可能存在的问题。     

侧卸式装载机工作机构运动特性仿真及优化

针对侧卸式装载机工作机构传统优化设计方法的不足和使用中运动特性不佳的实际,提出了在虚拟样机条件下工作机构运动特性仿真及其优化设计的方法。该方法能根据侧卸式装载机工作机构的设计要求,通过建立其三维仿真模型和数学模型,利用ADAMS对工作机构进行运动特性仿真,研究了其自动放平性和举升平移性,之后采用遗传算法对工作机构连杆几何尺寸进行优化设计,并对优化后的工作机构进行运动特性仿真。利用该方法对国产某型侧卸式装载机工作机构研究表明,优化后铲斗自动放平性提高79.1%,工作机构举升平移性增加79.4%,明显地改善了侧卸式装载机工作机构的运动特性。