基于CATIA和ADAMS的变胞机构两构态动力学仿真及分析

应用扩展Assur杆组的变胞机构组成原理,组成2自由度2环路变胞机构,并用CATIA建立其三维模型,导入ADAMS中进行该变胞机构的两个构态的动力学仿真。根据仿真结果曲线对比分析两个构态下主要构件的运动情况。该变胞机构在c固结变胞构态时相对于d固结变胞构态有更大的位移、速度、加速度和动能,但d固结变胞构态比c固结变胞构态相对来说更加稳定。为该机构的进一步优化奠定了基础。     

任意构态变胞机构的结构综合

变胞机构是一种由于构态变化而引起自由度变化的特殊机构。为了实现任意构态变胞机构的结构综合,对任意构态变胞机构的构态变化进行了分析,利用组合理论,结合机构拓扑图和邻接矩阵一系列相应运算,提出了任意构态变胞机构的结构综合方法。该方法计算简便,结果可靠、准确。     

2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构运动学分析

根据变胞机构理论中改变运动副方位特征实现构态变换的原理,设计一种新型可变转动轴线的2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构。其中,两条分支能够利用移动副的位移变化改变转动副的转动轴线,从而改变机构运动输出。根据该机构特点,利用螺旋理论对机构进行自由度分析,利用封闭矢量法和几何约束关系建立机构位置正解和逆解模型,并通过求导得出机构的速度加速度方程;应用Matlab代入机构参数和位型参数,求解位置正解和逆解,绘制机构位姿图;利用Adams仿真验证了理论分析的正确性。     

含可重构动平台的新型并联变胞腿机构设计

变胞机构在不同工作阶段会呈现拓扑结构形式不同的运动构态,为便于描述变胞机构各运动构态之间的关系,提出了变胞机构全构态的概念,据此提出了变胞并联机构的构型综合原理,即首先综合出变胞机构的全构态机构,然后由全构态机构经由其约束的增加(或自由度的衰减)演变为某一具体构态机构。构建了基于单自由度空间闭链机构的可重构动平台,据此实现了变胞并联机构的多运动构态切换。根据提出的变胞并联机构构型综合原理,对一种可实现三/四自由度构态切换的新型变胞并联机构进行了构型综合,然后将三重对称Bricard空间闭链机构作为变胞机构的可重构动平台,设计出了一种新型变胞并联腿机构。     

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。     

几何约束驱动的可重构位移子群建模理论

提出基于位移子群的构态重构理论模型,由此探讨约束驱动的空间变胞运动链连续衍生设计策略。通过结合机构构态含拓扑与功能两方面变化特性分析,定义变胞机构中可重构特性的内涵,并将其封装进变胞结构单元,即变胞单元,依据此构建空间运动链构态特性的约束模型,分别构建构态约束矩阵与构态约束特征图,分析约束驱动生成运动链群的构型思想。具体是通过分析子群元素组合对应的构态变化,讨论约束作用性质与子群组合规律,确定几何约束引导单元的交、并运算规则,得出子群约束模型理论,驱动构态方案变化时对应的约束规则与方案衍生过程。深入研究构态约束图对空间变胞链中的拓扑与功能特征尤其含自由度特征的作用机制及约束操作规则、子群运动子集的组合规律,使得变胞运动链的设计转化为子群构态约束特征中元素的改变问题,由此构建变胞机构的多构态结构模型向约束驱动几何模型映射的建模方法,为变胞运动链群的构型方案自动生成与设计提供理论支持。     

一种约束变胞筛分机构的建立与动态仿真分析

变胞机构已成为当前国际机构学理论研究的前沿课题,通过对变胞机构的研究,可以利用变胞机构的构态变换性质来设计一些新的变胞机构.本文在前人研究的基础上,通过常见的平面五杆机构,改进建立了一种新型约束变胞筛分机构,为了研究机构变换过程中的物料筛分过程,对此机构的构态进行了动态静力分析,得出相应的速度、加速度、角加速度、惯性力和惯性力距.最后,利用ADAMS软件建立了仿真模型,分析了筛箱的动力学特性,可以验证分析的正确性,同时可以将变胞机构的随机构态应用到生产实际中.     

变胞机构的构态分析及其运动学仿真研究

变胞机构在航天器和机器人领域有着广泛的应用。本文用Huston低序体阵列描述变胞机构的拓扑结构,并对一种典型变胞机构进行了构态分析。用齐次变换矩阵建立了该变胞机构的运动学数学模型,并对其进行了运动学仿真。数值仿真结果表明,变胞机构在构态切换时加速度有突变,进而提出了消除加速度突变的方法。     

具有变胞功能的装载机构构态分析与基因建模

装载机是一种重要机械,将变胞机构理论引入到装载机构的设计过程中,设计出一种满足搬运需求的变胞货物装载机构,它能够通过构件的合并使多个构件固结成一个变胞构件,改变活动构件数量、改变拓扑结构,进行自我重组和重构,使变胞装载机构适应不同工作阶段的任务需求,灵活应用于不同场合。基于变胞机构理论,应用拓扑图及自由度描述该变胞装载机构构态,应用关联矩阵表征机构拓扑图特性,采用异或逻辑运算方法,对变胞装载机构构态变化过程进行分析。依据基因建模理论,建立变胞机构基因模型,讨论变胞装载机构的构态演变与进化。     

一种新型四自由度并联机器人运动学特性

提出一种新型四自由度并联机器人机构,命名为2UPU／2SPS11机构,该机构可以实现空间的三维移动和一维转动。采用计算机辅助几何法,建立并联机器人模拟机构,得到动平台位置轨迹,并采用拟合法分析动平台速度、加速度。采用解析法建立机构的位置正反解方程．并基于影响系数法推导速度、加速度方程,对计算机辅助几何法的分析结果进行验证。验证结果表明,计算机辅助几何法研究并联机器人的运动学特性是可行的,值得推广。     

基于李群的两种1R3T并联机构自由度分岔

运用李群理论对1R3T(R--转动自由度;T--移动自由度)并联机构自由度分岔特性进行分析.简要介绍李群理论应用于并联机构自由度分析所需理论基础,对2-~xP~yR~yR~xR~xR/~yP~xR~xR~yR~yR并联机构和2-~xP~yR~uP~xR~xR/~yP~xR~vP~yR~yR并联机构进行自由度分析,通过对分支运动链产生的位移流形及所有分支位移流形的交集分析,证明这两种并联机构具有自由度分岔特性,其动平台的位移集合为{X(x)}∪{X(y)},进而得到具有自由度分岔特性的1R3T并联机构的分支位移流形为{G(x)}{G(y)}或{X(x)}{R(N,y)},同时给出机构的结构几何条件.当动平台平行于定平台时,该类机构处于奇异位形,此时动平台具有5瞬时自由度,机构的自由度分岔通过这一奇异位形实现,需要5个驱动器实现动平台运动的完全可控.     

四自由度树干喷涂机的三维建模与运动仿真

树干喷涂机用于对树干进行药液喷涂,由底座、机械手和控制部分等组成。机械手具有四个自由度,可上下移动、水平张合移动、前后摆动、左右摆动,以适应形状各异的树木。在Pro/E环境中对其主要零件进行三维参数化建模,实现了整机虚拟装配及运动仿真,获得机构在运动过程中位移、加速度等变化曲线,为整机设计提供技术支持。     

四轮小车架式起落架动力学方程研究

起落架缓冲性能优化设计是现代飞机起落架设计中最关键的一个环节,设计中难点之一就是简化起落架分析模型,建立基于分析模型的动力学微分方程,求出飞机着陆过程中起落架所受的垂直载荷和起转-回弹载荷随时间历程曲线,并对缓冲性能进行优化.以Y8F600飞机四轮小车架式主起落架为例,将其简化成具有8个自由度的运动系统,给该起落架模型...     

一种具有三种构态循环的变胞机构优化综合

介绍一种变胞机构,具有三个构态,每种构态在一个循环过程中出现两次.该机构原型为六杆三自由度机构,循环运行时不断地发生杆件的重构、重组以完成不同的任务,是一个典型的变胞机构,可实现平移、摆转、停歇的功能.文中分析了该机构的构态变化系列,并采用杆组法来确定机构的变胞位置,该方法可以推广应用到循环变胞机构的变胞位置分析,是一种简单有效的通用方法.同时以机构精确实现给定的各个构态所经历的曲柄转角为目标,建立了该机构尺度综合的优化数学模型,实现机构的优化综合并给出算例.     

关于自由度的计算

关于自由度的计算,已经引起了世界上许多学者的注意。本文提出了“根据机械系统的闭合特点,割断机架分析末杆运动,在同一瞬间把末杆与机架焊接,重新形成原机械系统”的理论,来计算机械系统（包括机构、结构）的自由度。本文阐明了机械系统中的静不定次数和自由度数的内在联系;为判断机械系统能否实现有限位移提供了必要性判据,同时为判定机械系统是否能作为结构提供了充分性判据;揭示了静不定和自由度的物理意义;严格地说明了把机构分成六个族是错误的,机构分族的观点是毫无意义的。根据上述理论,我们导出了闭合数计算公式、自由度数计算公司以及静不定次数计算公式。用这些公式可以毫无例外地按机械系统（包括机构、结构）的构造,正确地计算出它的自由度数和静不定次数。     

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。     

The LEMMA concept: A new manipulator

The LEMMA is a proposed conceptual design of a remote teleoperator manipulator arm with 6 degrees of freedom, exclusive of the end-effector. The bevel gear arrangement in 4 of the 6 degrees of freedom, together with the concentric-tubular arm configuration, requires a unique and a novel drive mechanism. This differential drive assembly, housed in the shoulder, is a self-compensating device and simplifies the matrix solution for the resolved motion rate control system needed to guide the arm in its performances. The article will describe the need for the 6 degrees of freedom as established by the work envelope, the functioning of the differential shoulder drive, the arm and joint configuration, and the anticipated degree of accuracy.     

Mechanism mobility and a local dimension test

The mobility of a mechanism is the number of degrees of freedom (DOF) with which it may move. This notion is mathematically equivalent to the dimension of the solution set of the kinematic loop equations for the mechanism. It is well known that the classical Grübler-Kutzbach formulas for mobility can be wrong for special classes of mechanisms, and even more refined treatments based on displacement groups fail to correctly predict the mobility of so-called “paradoxical” mechanisms. This article discusses how recent results from numerical algebraic geometry can be applied to the question of mechanism mobility. In particular, given an assembly configuration of a mechanism and its loop equations, a local dimension test places bounds on the mobility of the associated assembly mode. A publicly available software code makes the idea easy to apply in the kinematics domain.     

Self-locking analysis in closed kinematic chains

Self-locking analysis in closed kinematic chains is sometimes likened to kinematic singularity analysis, especially when mechanisms are characterized by more than one degree of freedom. Although in singular configurations a mechanism is obviously locked-up since joint constraint reactions and friction forces rise to infinity, this approach identifies only a condition sufficient for self-locking, while the phenomenon actually occurs in a larger domain, the size of which depends on the values of friction coefficients.The paper proposes a definition of self-locking for multi degrees of freedom mechanisms and presents an algorithm for computing the geometrical locus that corresponds to a specific self-locking configuration. This methodology is then demonstrated on a simple parallel kinematic mechanism with two degrees of freedom.