基于Assur杆组元素的平面机构的拓扑描述

通常邻接矩阵仅描述机构中构件间连接关系,不能直接对基于Assur结构组成理论的杆组及其连接关系进行描述及变换。基于此,将杆组作为基本元素,替代邻接矩阵中的单一构件元素,构造一种基于Assur杆组元素的机构结构拓扑矩阵——杆组邻接矩阵。该矩阵对角线元素由代表主动件、机架和Asuur杆组和/或扩展Assur杆组三种基本元素组成,非对角线元素代表各基本元素间的连接关系及运动副的类型,清晰地描述了基于Assur结构理论的平面机构的结构组成。Assur杆组元素用于普通平面机构的拓扑描述,扩展Assur杆组元素用于变胞机构的拓扑描述。该矩阵为应用Assur结构组成理论系统的进行结构综合,特别是计算机辅助结构综合和分析提供了新的途径。实例验证了该矩阵的有效性和实用性。     

平面单自由度多环机构传递特性评价

基于Assur杆组理论,分析平面单自由度多环机构的结构特征,根据Assur杆组与机构输入和输出构件之间的拓扑关系给出平面单自由度多环机构的一般化描述方法。在此基础上,采用螺旋理论的虚系数概念,定义Assur杆组的传递特性,根据杆组之间连接方式构建出平面单自由度多环机构的整体传递特性指标。以一种凸轮连杆机构为例进行传递特性分析,该种方法与机构的实际工作状态密切相关,验证了传递特性指标的有效性。     

面向构态切换稳定性的约束变胞机构可靠性优化设计方法

为获得稳定、可靠的构态切换能力而开展可靠性优化设计是降低约束变胞机构运动功能失效概率的关键。基于多构态欠驱动约束变胞源机构的组成原理建立了含变胞运动副的扩展Assur杆组的模块化受力分析模型。根据变胞运动副的等效阻力梯度模型，考虑系统内外部误差的随机性，利用可靠性理论建立了约束变胞机构构态切换能力的概率评估模型。基于可靠性评估及可靠性灵敏度分析，提出了面向约束变胞机构构态切换稳定性的可靠性优化设计方法，进而针对可靠性灵敏度较高的结构参数随机变量的公差进行优化设计，使优化后的设计方案同时满足可靠性和经济性要求。最后，以折纸变胞机构为例，验证了提出的可靠性优化设计方法的可行性和有效性。研究工作为开展面向高概率的构态切换重复执行能力的变胞机构可靠性优化设计奠定了基础，同时对推进变胞机构的工程应用具有理论和实际意义。     

描述变胞机构构态变换的新表示法

针对现有构态变换矩阵不能衍生邻接矩阵和描述运动副空间位置的问题,构造了1种即可衍生邻接矩阵又可描述变胞机构运动副空间位置的构态变换矩阵,此矩阵包含杆件数、运动副数、运动副类型、运动副空间位置、连杆与运动副的连接关系等信息,不但可求出机构的自由度和构造构态变换矩阵衍生出的邻接矩阵,还可以在仅知道构态变换矩阵的情况下,逆向思维描绘出机构运动简图,通过平面变胞机构、空间机构和平面—空间变胞机构构态变换举例,说明此构态变换矩阵便于构造、信息量大、运用范围广。     

基于变约束旋量原理的变胞机构构型综合

变胞机构具有变结构和变功能特性。对满足变胞条件的运动链进行综合,是变胞机构结构学研究的难点。基于机构分析理论和变胞原理,对变胞机构的组成进行分析,定义变胞支链和变胞机构的概念。根据变胞机构中变胞支链数目的不同,提出三种变胞机构类型:单变胞支链型、多变胞支链型和全变胞支链型。将变胞机构变拓扑的实质归纳为机构所受约束的变化,使对变胞机构的综合转化为含变约束串联支链的变胞源机构综合。将约束旋量原理引入变胞机构的构型综合,采用数学分析方法,阐述变胞源机构与子构态机构之间的关系,给出构态变化条件及变约束旋量方程的数学表达式,形成基于变约束旋量原理的变胞机构综合理论及其一般过程。以空间变胞并联仿生关节机构为例,运用变约束旋量原理对其进行构型综合,求解出所有可能的支链约束组合,列举满足对应约束条件的多种支链运动副形式,得到多种具有被动径向移动自由度的球面关节机构,联同平面双层折纸变胞机构示例,验证了变约束旋量原理对变胞机构综合的有效性和正确性。     

变胞机构的基因建模理论与构态进化分析

变胞机构的英文首创是“Metamorphic mechanisms”。这一概念借用了生物学中“Metamorphosis”,即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念,并结合机构的基本杆组组成原理,首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理,定义变胞元与变胞基因,并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型,分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点,讨论变胞源机构及生成方法与过程,得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法,建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例,并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果,对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。     

闭环联动机构的创新设计及应用

闭环联动机构(Looped-Synchronous Mechanism,LSM)是一种特殊的单自由度闭式传动机构,具有许多相似的单元,可以产生给定传动比规律的输出.LSM构件和运动副需要满足特定的约束,其构型综合与尺度设计需要相应的方法.首先,提出基于空间Assur杆组的构型方法,基于自由度计算找出空间杆组运动副的所有...     

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。     

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。     

基于Assur机构构成模式的非零开式运动链的构型

提出了一种n杆非零开式运动链的构型方法,研究变胞机构的组成原理。将机构的构建理解为,将自由度大于零的非零开式链连接到机架和原动件上而构成机构,机构的自由度为该非零开式链的自由度与原动件数之和。推导出了F=1的运动链36种;F=2的运动链57种。这些运动链与主动件和机架相连可分别构成F=2、F=3的机构,将为变胞机构的型综合提供依据。