机构学10年来主要研究成果和发展展望

1990年以来,中国机构学学术研讨会举行了7次。12年来中国机构学经历了一个较大发展。概括起来主要为加强了传统机构的基础研究,机构学与产品创新设计密切结合,融合高新技术开拓现代机构研究,推动机构学现代化。具体表现在深入开展传统机构的分析和综合理论研究;努力实现机构计算机辅助设计;大力推行机构系统和机械产品概念设计;深入开展机器人机构学及其工业应用研究;大力进行可控机构的分析和综合的研究;努力开展机构和机械动力学研究;大力推进机构学教学内容和体系改革等等。通过上述多方面的理论研究和实际应用,使中国机构学的理论水平和学术水平总体上说已处于世界先进水平。但是,基础研究的独创性和突破性研究成果还不够多。同时在实际应用方面与国际先进国家相比还有不小的差距。     

并联运动机械结构综合及其优化设计研究的最新进展

综合评述了以德国为主的欧洲工业国在并联运动机械结构综合与设计方面的最新研究成果与进展,内容涉及：针对实际应用背景提出新机型并进行了设计;通过研制设计分析仿真软件,针对某种并联运动机械机型进行了结构综合改进与优化、尺度综合和优化以及性能评估与改善等工作;进一步地,在大量实践与理论探索的基础上,较系统地提出用于开发混合运动机械、冗余并联运动学以及可重构并联运动机械的设计方法学,这些内容都是并联运动机械设计研究领域内富有创造性的成果。

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平面连杆机构尺度综合专家系统研究与实现

将人工智能和信息技术应用到连杆机构设计领域开发了平面连杆机构尺度综合专家系统,介绍了此专家系统的各组成部分,并详细论述了知识库、推理机、方法库和综合数据库等关键模块的创建,最后介绍了专家系统的使用,实例证明本专家系统综合速度快、求解精度高,具有很高的实际应用价值。     

锻造操作机提升机构设计方法

基于螺旋理论并结合工程实际对锻造操作机的构型设计进行系统、深入的研究,构造多种串并联形式的混联结构锻造操作机提升机构构型。这些锻造操作机提升机构的升降和俯仰运动采用平面五杆机构实现,侧移运动采用一种典型DANGO&DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的侧移系统实现,大车前进方向的移动和侧摆由悬挂系统实现。所以这些锻造操作机提升机构解耦性能高,均为实际应用中可以考虑的构型。根据实际工程经验可知,锻造操作机的悬挂系统为由前悬挂部分和后悬挂部分组成的并联机构,前悬挂部分由两根对称的悬挂杆组成,后悬挂部分由单根悬挂杆或两根对称的悬挂杆组成。将悬挂并联机构型综合分为后悬挂部分含单根悬挂杆和两根悬挂杆两种情况进行讨论,采用基于螺旋理论的约束综合法,构型得到了四种悬挂并联机构构型,其中三种构型为无过约束机构,应用前景广泛。     

混合驱动机构研究进展与发展趋势

混合驱动机构是可控机构的一种,其适度柔性以及降低驱动与控制成本的特性与优势使其成为现代机构学的重要研究分支之一。随着对混合驱动机构研究的深入,混合驱动机构理论和应用也不断地发展和创新。对现有的研究成果加以分析和总结将有利于促进混合驱动机构理论和应用的进一步发展。分析混合驱动机构的内涵,分别论述双自由度和多自由度混合驱动机构的研究进展,主要包括:混合驱动机构的构型设计与可动性、混合驱动机构的轨迹特征、混合驱动机构的运动学、混合驱动机构的动力学及混合驱动机构的应用等方面的研究进展。提出混合驱动机构研究的关键问题,总结了混合驱动机构的未来发展趋势。研究成果对拓展混合驱动机构的设计空间、开辟混合驱动机构新的应用领域具有重要意义。     

快速反射镜中柔顺传动机构应用与研究现状

从柔顺传动机构自身运动特点出发,介绍了应用在快速反射镜中较典型的柔性支承传动结构,对国外早期几款比较有特点和现阶段较为先进的快速反射镜从驱动方式、结构布局、支承传动、工作原理等方面进行了介绍和分析。针对目前柔顺传动机构的研究情况,归纳了应用在快速反射镜中柔顺传动单元的设计方法、空间机构构型、刚度分析以及整体动力学分析方法等。最后对快速反射镜中柔顺传动机构的研究和发展方向作出了总结。     

机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望

探讨了机电一体化产品概念设计理论与方法对产品创新设计的重要性。分析了机电一体化产品概念设计理论的国内外研究现状与不足之处。国外学者以电子学及控制理论为研究出发点，建立了一些概念设计操作平台。国内学者以现代机构学为研究出发点，研究以运动执行功能为主功能的机电一体化产品概念设计，其设计理论与方法，更具有实用性，更有利于计算机辅助概念设计。最后指出了机电一体化产品概念设计理论与方法的发展方向。     

3T-2R五自由度并联机构的型综合

基于单开链单元的并联机构结构组成原理,提出了一些三平移两转动五自由度(3T-2R 5-DOF)的新的单开链。使用拓扑结构的设计原理和方法,全面综合了3T-2R 5-DOF并联机构的机型,得出了一些新机型。所有机型都满足主动副配置在静平台上的要求,便于控制。分析了机型的主动副的配置及其耦合度等基本特征,通过ADAMS软件验证了机型的正确性,并将研究结果列于表中。这些机型具有更强的实用性,它们为三平移两转动机型的优选提供了参考依据。     

计算机视角下的语文信息化教学系统研究

随着计算机技术迅猛发展与互联网普及,以及我国现代化教育不断改革,为了适应现代语文教学模式改革需要;文章提出开发一款计算机视角下的语文信息化教学系统.文章首先从用户需求、功能需求、以及性能需求3方面分析本系统设计需求;然后立足于本系统设计需求的基础这上,从系统结构设计、系统网络架构设计、系统功能模块设计、以及数据库设计等...     

[学科发展]机构学中机构重构的理论难点与研究进展——变胞机构演变内涵、分岔机理、设计综合及其应用

生产力发展与工程技术革新要求机构具备可自重组与可重构及“一机多用”的功能,以满足复杂工况需求。可重构机构具有可变活动度和可变构态,可以满足多任务、多工况与多功能的要求,然而,决定其设计方法的演变内涵与分岔机理的研究目前仍不为学者们充分了解。从变胞机构的演变与分岔机理的角度,以旋量理论、李群与李代数及微分流形为主要工具,揭示了机构演变内涵及运动与约束空间的内在关联关系;探究了机构演变中的分岔机理与可控奇异位形,回顾了变胞机构与折纸及折展机构的历史渊源,综述了变胞机构的构型设计、性能综合与新型设计理念及其创新应用。     

多模式机构研究进展

多模式机构作为可重构机构的一个重要分支具备运动模式转换时间短、所需驱动器少等优点,在各个领域都极具应用前景。经过20年的发展,虽然涌现出一系列多模式机构的设计、分析方法,但是多模式机构的研究仍面临诸多挑战。根据不同运动模式下的几何、结构特征,概括并详述了多模式机构利用关节轴线、杆件和多模式单元进行运动模式切换的三种形式;从方法和技术的角度,综述了多模式机构在构型设计、运动模式分析以及应用方面的国内外研究现状,并对多模式机构面临的挑战与发展趋势进行了展望。     

RESEARCH OF MICRO ELECTRO DISCHARGE MACHINING EQUIPMENT AND PROCESS TECHNIQUES

Micro electro discharge machining (micro EDM) is a feasible way to manufacture micro structures and has potential application in advanced industrial fields. For the realization of micro EDM, it is necessary to pay careful attention to its equipment design and the development of process techniques. The present status of research and development of micro EDM equipment and process techniques is overviewed. A micro electro discharge machine incorporated with an inchworm type of micro feed mechanism is introduced, and a micro electro discharge machine for drilling micro holes suitable to industrial use is also introduced. Some of the machining experiments carried out on the micro EDM prototypes are shown and the feasibility of the micro EDM technology to practical use is discussed.     

新型平行分度凸轮机构的综合与仿真

提出了一种新的平行分度凸轮机构 ,它的特点是其分度凸轮具有自共轭的凸轮齿 ,使分度期凸轮具有连续的工作表面 ,从而能够提高机构的动态性能。介绍了该机构的模型和工作原理 ;通过分析和综合 ,给出了该机构存在的一组参数。应用相对运动法导出了自共轭凸轮齿的齿廓方程。基于对该机构的综合结果 ,开发了平行分度凸轮轮廓自动设计和机构运动仿真的CAD程序。设计示例表明 :新机构的运动原理是可行的     

植物油基润滑剂的化学修饰方法及进展*

植物油较差的氧化安定性和低温流动性是限制其作为润滑剂的关键因素，而化学修饰是一个良好的解决方案。对植物油的几种主流化学修饰方法的研究现状进行综述，包括环氧化、酯交换、氢化、脂肪酸内酯的合成；从反应机制、条件和产物性能方面对植物油修饰方法进行探讨，阐述各种修饰方法的优缺点；展望了植物油替代矿物润滑油的研究开发前景,并指出需在生物基润滑剂的分子设计、植物油化学修饰方法的工业化应用、改性植物油与添加剂的协同效应、规模化制备工艺等方面，对植物油基润滑剂的研究及应用进行深入研究。     

一类微扑翼驱动机构的双重建模与仿真

微扑翼飞行器是一个多学科交叉的研究领域，驱动机构的设计与制作是其中的关键环节。针对单曲柄双摇杆类型的驱动机构，首先建立了其相关参数的数学模型，然后用Visual C＋＋等软件开发了驱动机构设计计算模块。最后在ADAMS环境下建立了此类型驱动机构的仿真模型，并进行了运动学仿真，所得参数曲线与相应的数学模型曲线完全一致，验证了参数数学建模的正确性。本文工作为同类型驱动机构的设计与优化提供了理论基础，对其他类型的驱动机构也有很好的借鉴意义。     

作平面运动滚子从动件形锁合凸轮机构的第Ⅱ类机构综合问题

形锁合凸轮机构在工程应用中具有广泛性和重要性,在综合的理论方法方面具有复杂性和特殊性。基于"浮动数轴"、"瞬时、整程区间套"等概念并通过引入"往程"、"返程"和"向径标刻线"等新概念,深入系统地讨论共轭、槽道和等径凸轮等形锁合凸轮机构的第Ⅱ类机构综合问题。研究结果表明:形锁合机构的综合,并非力锁合机构综合的简单组合、叠加,而是蕴含着诸多复杂深刻、特殊独到的异质性研究内涵。以最具典型性、代表性的等径凸轮机构为例,其在往、返程运动角和远、近休止角的内在规律性关系,运动学尺寸、行程与初始位置参数的内在特征关系,输出件返程角位移规律的求解,滚子中心容许选择区段、凸轮理论基圆半径许用取值范围确定等方面,都具有较力锁合凸轮机构来得复杂深刻、特殊独到的研究思想、方法和结论。给出等径凸轮机构的一个综合算例。     

机构学研究现状与发展趋势的思考

在人类文明和社会发展的进程中,制造业始终是创造社会财富的主要来源,是衡量国家综合国力的重要指标。当今世界经济全球化,各国的综合国力和竞争能力体现于机械产品的设计能力。因为制造业的灵魂是设计,而制造和被制造机械的灵魂是机构,所以现代机构学的理论研究是制造业的基础,是现代机械产品发明创造的源泉,是提高国家制造业水平和国际竞争能力的关键。机构创新设计决定了产品的创新性。如果机构的设计有缺陷,则制造出的将会是先天不足的产品或称之为“有残疾的机械”。对产品的创新而言,机构拓扑创新设计具有原创的特征性质,是机械发明中最具有挑战性和发明性的核心内容。所以,现代机构学的研究对提高我国机械产品的自主设计、创新和国际竞争能力有着十分重要的意义。机构学研究的发展趋势应该是研究现代机构设计的新理论和新方法、实现特殊功能的机构设计理论以及应用关键技术、微操作和微尺度机械的机构学、机构与机器人动力学、新型移动与操作机器人、仿人与仿生机器人和微纳机器人等。现代机构学研究的最高任务是揭示自然和人造机械的机构组成原理,创造新机构,研究基于特定性能的机构分析与设计理论,为现代机械与机器人的设计、创新和发明提供系统的基础理论和有效实用的方法。     

现代机构学的形成、基本内容和应用前景

机构学现代化对机械工业的发展意义重大。广义机构、可控机构、机构系统概念设计、机器人和步行机机构、微机构和微驱动、仿生机构、新型机构等是现代机构学研究的主要内容。现代机构学形成的主要标志是机电一体化系统的形成和应用。现代机构学与传统机构学的主要区别是对机构内涵的不同认识、机器构成的不同、机构设计理论与方法的不同。现代机构学具有广泛的应用前景 ,可以对可控机构、机器人、微机械、机械动力分析等的深入研究产生影响。     

Applicability and generality of the modified Grübler-Kutzbach criterion

A generally applicable criterion for all mechanism mobility has been an active domain in mechanism theory lasting more than 150 years. It is stated that the Modified Grübler-Kutzbach criterion for mobility has been successfully used to solve the mobility of many more kinds of mechanisms, but never before has anyone proven the applicability and generality of the Modified Grübler-Kutzbach criterion in theory. In order to fill the gap, the applicability and generality of the Modified Grübler-Kutzbach Criterion of mechanism mobility is systematically demonstrated. Firstly, the mobility research background and the Modified Grübler-Kutzbach criterion are introduced. Secondly, some new definitions, such as half local freedom, non-common constraint space of a mechanism and common motion space of a mechanism, etc, are given to demonstrate the correctness and broad applicability of the Modified Grübler-Kutzbach criterion. Thirdly, the general applicability of the Modified Grübler-Kutzbach criterion is demonstrated based on screw theory. The mobilities of the classical DELASSUS mechanisms and a modern planar parallel mechanism, are determined through the Modified Grübler-Kutzbach criterion, which are as examples to show the practical application of the Modified Grübler-Kutzbach criterion.     

新型三平移两转动并联机构及其运动分析

提出了一种新型五自由度并联机构及其应用前景，该机构由一个具有平行四边形机构的8R分支和四个SPS分支组成，可实现空间的三维移动以及两个独立方向的转动，可用于如部件装配、推拿机器人、空间机构的运动平台等应用场合。文中分析了能实现预定运动输出的机构学原理，计算了它的活动度，采用直观的零位形两步法建立运动变换矩阵，求出了用于实时位置控制的反解，并给出了数值算例，分析了其在推拿机器人设计上的应用前景。