基于图论的可控装载机构构型设计及其应用

基于图论相关理论对一种新型装载机工作装置进行了全面、系统的构型设计与研究。利用胚图插点法对九杆以内只含单铰转动副的平面闭环两自由度机构进行了构型综合,得到了51种拓扑图;根据可控装载机构拓扑结构要求、功能性要求、约束条件要求以及拓扑结构最简原则对得到的拓扑图进行了拓扑综合,共筛选出了22种满足构型要求的拓扑图;再根据提出的机架存在条件、铲斗存在条件、动臂存在条件对得到的所有拓扑图进行了特定化;最后提出可控装载机构优选原则,对拓扑图特定化方案进行优选和具体化,获得了11种可控装载机构。通过样机研制验证了构型设计的合理性。     

多自由度可控装载机构的构型设计与综合研究

多自由度可控机构式装载机是一种将可控机构应用到工程机械领域而开发的新型装载机,为进一步研究此类可控装载机构新构型,分析研究了现有装载机工作装置的工作原理和结构特点;利用胚图插点的方法得出了平面两自由度五杆、七杆、九杆机构所有拓扑胚图类型;根据可控机构式装载机结构特点,确定拓扑胚图中的功能构件,将满足条件的拓扑图转换为装载机构;通过提出可控装载机构择优准则,对所得构型进行分析和优选,得到可控装载机构最佳构型。     

含四杆机构单元的重载转运机器人构型综合

针对用于轴类物料抓取及卸载的重载转运机器人机构形式单一、转运范围局限大等问题,进行了重载转运机器人新构型的研究。首先分析了重载转运机器人机构的结构特点和工作原理,发现含有四杆机构单元的重载转运机器人具有灵活性高、承载能力大等优势,为构型综合和新方案优选提供依据。其次基于图论对只含转动副的平面机构进行构型综合,得到七杆、九杆机构拓扑胚图,利用胚图插点法对拓扑胚图进行插点,建立拓扑图,进而转化成对应的运动链,得到构型图谱。然后根据重载转运机器人机构中的四杆机构单元和功能构件,对拓扑图进行特定化标记,提出重载转运机器人优选条件,分析和优选特定化标记的拓扑图,得到其最佳构型。最后,利用Adams软件对一种优选机构进行仿真分析,结果表明,该机构在平面运动过程中可以同时实现远距离抓取和大范围俯仰运动,从而验证了该机构构型设计的合理性。     

平面含复铰及齿轮-连杆运动链的拓扑描述和结构自动综合

平面含复铰及齿轮-连杆运动链的拓扑结构自动综合可为机构方案创新设计提供各种优选类型,是研究机构结构组成的有效方法,是构思、发明新机构的基础。研究平面含复铰和齿轮-连杆运动链的多色拓扑图描述及借助拓扑图描述实现的单开链迭加结构自动综合方法。详细地讨论平面含复铰和齿轮-连杆运动链的双色拓扑图和三色拓扑图描述,为机构的分析与综合提供良好的数学工具。借助于相应的多色拓扑图描述,给出综合相应输入参数的基于单开链迭加的平面含复铰及齿轮-连杆运动链结构自动综合方法,并给出相应的综合实例来验证该自动综合方法的有效性及可靠性。     

内力封闭自适应机构初始运动链综合的胚图支链法

根据内力封闭型自适应机构初始运动链的自由度特征,提出了一种运动链构型综合的新方法,即胚图支链法。此方法视运动链由多元素杆和支链两部分构成,并通过一种有序分步的方法构建运动链的拓扑胚图,然后在拓扑胚图上配置支链形成广义拓扑图,再转化为运动链。利用此方法,综合出了自由度为0或-1的9杆、10杆运动链的全部独立构型,为内力封闭自适应机构的创新设计提供了理论依据。     

含高副平面运动链图及其拓扑图的自动生成

在对含高副平面运动链进行分析的基础上，本文提出了最大基环的概念，从而避免了杆与杆之间的交叉，并由计算机自动生成了八杆以内、１—３个自由度，含１—２个高副的平面运动链图及其拓扑图。     

叠加Ⅱ级杆组的正铲液压挖掘机工作机构型综合

提出了一种正铲液压挖掘机工作机构型综合方法——Ⅱ级基本杆组叠加法。针对正铲液压挖掘机工作机构的自由度数目、性质和驱动单元,将其结构分解为基本结构和辅助连杆,并给出了8条构型综合约束条件,进而根据辅助连杆上的运动副数目,分5种情况添加Ⅱ级基本杆组RRR对正铲液压挖掘机工作机构进行了型综合,获得了一系列12杆构型。从中选取了3种构型,针对其多环耦合的结构特点,采用拆杆-等效法分析了其自由度,并建立了相应的仿真模型,开展了运动仿真分析,验证了构型综合方法的可行性。     

平面机构统一拓扑描述模型的建立及同构判别

介绍平面单铰运动链、平面复铰运动链、齿轮(凸轮)运动链常规的拓扑表达模型.然后,以单铰运动链的拓扑图为基础,提出平面复铰运动链、齿轮(凸轮)运动链的新拓扑图模型,并分析新拓扑模型的特点,给出含复铰的运动链和齿轮(凸轮)运动链的拓扑模型与平面单铰运动链的联系.新拓扑模型的优点在于与平面单铰运动链的模型相统一,方便了基于计算机的机构运动链自动综合和同构判别,从而为实现运动链拓扑图的唯一数字化,机械概念设计的自动化、智能化和网络化创造了条件.给出这几类运动链的统一的同构判别方法.     

含复铰和环路的6杆Assur杆组型综合

为综合得到含复铰的6杆Assur杆组构型综合,提出了一种含复铰杆组特征值的构型方法。分析此杆组特征值,得到了杆组中构件数、复铰数、环路数以及外接运动副之间的关系,在上述分析基础上运用C语言编程得到含复铰6杆Assur组的数综合。进一步的给出了含复铰杆组拓扑图的绘图原则和方法。结合含复铰杆组特征值和拓扑图绘制规则、方法,可快速、准确地进行含复铰6杆Assur杆组构型综合分析。列表给出了含复铰的6杆Assur杆组的型综合,丰富了含复铰杆组的构型综合。同时为实现计算机的自动绘制奠定了基础。     

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。     

基于平面机构运动链的LEMs构型综合

提出一种LEMs机构综合方法,该方法能够求解包含转动副和移动副,以及机架和主动件变换的LEMs机构综合问题。首先,构造平面运动链的杆组邻接矩阵,基于此杆组邻接矩阵,求解给定构件数和自由度数的所有平面机构的可能连接方式;其次,基于构件和自由度的数目,分析杆组的所有装配方式,构建杆组邻接矩阵的框架,依据一定的约束条件,将第一层及之后的杆组依次装配到主动件和机架或者前层杆组上,并且同步辨识同构体,从而获取只含转动副的所有平面机构构型;然后,将主动件的运动副类型以及不同类型的各级杆组分别代入前述所求得的平面机构构型,得到包含转动副和移动副,以及机架和主动件变换的所有平面机构构型;最后,用相应的柔顺片段代替刚性片段,完成LEMs构型综合。     

平面七杆机构混合驱动器运动链分析和综合

使用传统RTNA(realtimenon adjustable)马达和RTA(realtimeadjustable)马达混合驱动平面两自由度七杆机构 ,达到既可以提供输出的柔性 ,又可以降低费用的目的。先就平面两自由度七杆机构进行型综合 ,得到平面两自由度七杆机构的四种运动链 ;然后逐一分析每一种运动链 ,得出适合于混合驱动器的一种运动链。为平面两自由度七杆机构混合驱动器的分析和设计打下基础。     

含复铰和环路的Assur杆组拓扑描述

为综合得到含复铰的Assur杆组构型综合,提出了一种含复铰杆组特征值的构型方法。分析此杆组特征值,得到了杆组中构件数、复铰数、环路数以及外接运动副之间的关系。进一步的通过含复铰杆组特征值组合以环路数为依据得出了拓扑胚图的生成方法。在拓扑胚图的基础上总结出了二元构件的分配原则以及归纳了二元构件的约束条件,由此确定二元构件的分配,得到杆组拓扑图。避免了拓扑图的同构判别,丰富了含复铰杆组的构型综合,同时为实现计算机的自动绘制奠定了基础。     

3-(S/U)P(S/U)并联机构运动能力特性对比分析

基于运动的元素数学表象及物理意义,引入主-副运动理论,区分定义机构输入、输出自由度,利用"六元素法"对关节运动域特征进行描述,通过输入-输出运动综合转化公式和解析分析,借助平面六维拓扑图,从具体3-SPU机构实例分析其输出运动能力特性出发,拓展到由SPS,SPU,UPS同构组成或混合组成的3支链并联机构输出运动特性,得到3个重要影响因素,一是并联机构3支链所在直线与静平台铰接点与形心连线构成平面与静平台所在的水平面是否垂直,二是上下平台是否平行,三是上下平台虽不平行,但某一支链两端的静平台铰接点与静平台形心连线与动平台铰接点与动平台形心连线是否平行是重要影响因素。基于反螺旋的自由度分析结果对应基于主-副运动理论的自由度分析的MDOF分析结果,不包含伴随输出对应的P-DOF分析结果。     

基于单开链叠加法的欠驱动手指结构类型综合

以表述机构关联特性的拓扑图为基础,引入单开链叠加的方法,即依次将单开链两端的运动副联接在已有运动链的构件上以得到完整的运动链拓扑图,从而为机构类型综合提供研究方法。利用引入的单开链叠加法对欠驱动三指节手指机构进行运动链的生成,分别综合了三自由度及二自由度手指机构的运动链结构类型,并从中优选出一部分拓扑图,进而反推出一些可行的新型手指机构,为欠驱动灵巧手手指提供更多机构类型。     

平面复铰运动链类型综合的新方法

根据平面闭式运动链中复铰数目与总边数变化的对应关系，研究了复铰因子及其变化范围，然后按链节开放副间的边数综合法综合出了含复铰的８杆平面运动链的类型。方法比较简单直观。文中对两自由度７杆运动链的复铰型式也进行了探讨，从而验证了该方法的通用性。     

平面多杆机构杆组自动生成方法

阿苏尔杆组理论指出,通过对不同运动链选取不同的机架和原动件,能够得到各种可能的阿苏尔杆组与机构构型。基于这一理论提出一种阿苏尔杆组的自动生成方法。针对杆组的结构特点,提出简单易行的杆组同构判别方法,该判别方法也适用于平面多杆机构运动链的同构判别。联合应用运动链的邻接矩阵与关联矩阵,使得自动生成算法与计算机编程相结合,实现了平面多杆机构杆组的自动生成。该自动生成机构杆组的方法理论简单,编程可操作性强,能够实现多杆运动链在构成机构时杆组的准确快速的拆分。该方法将杆组的拆分过程与由杆组搭接形成机构的过程相联系,对拆分得到的所有杆组与机构构型进行同构判别,得到了六杆以内的13种杆组,以及由八杆运动链构成的153种机构。     

含复合铰机构运动链的拓扑图表示与同构判别

提出一种适用于含任意复合铰个数的机构运动链拓扑图表示新方法,该方法在对含复合铰运动链转化为拓扑图时,在拓扑图顶点上标以顶点号和顶点对应的构件运动副数,与复合铰相连接的所有构件被看作是相互邻接的构件,该拓扑图完整表示了含复合铰机构运动链的信息,且不增加拓扑图顶点数规模。在拓扑图表示基础上,将邻接矩阵动态修改法应用到含复合铰运动链的同构判别,判别实例表明邻接矩阵动态修改法能有效对含复合铰机构运动链进行同构判别。     

平面连杆机构近似综合的混沌-优化方法

将混沌迭代算法与优化方法相结合 ,以平面铰链四杆机构的函数综合为例 ,研究了平面连杆机构的近似综合问题 ,得到了能近似实现给定运动条件的多个机构方案 ,使机构运动综合的多方案优选成为可能。本文的工作为平面及空间机构的近似综合研究开辟了新途径     

含复铰有高副平面运动链结构类型综合的邻接矩阵法

提出了含复铰有高副平面运动链结构类型综合的邻接矩阵方法。推广了传统的"低副高代"方法。根据平面连杆运动链的邻接矩阵,应用"低副高代"方法可以获得所有可能的含复铰有高副平面运动链结构类型。讨论了多阶杆和复铰在"低副高代"过程中的处理方法,对获得的有高副运动链的合理性进行识别,并提出了相应的基本方法和基本算法。依据这个方法,获得了从218种无复铰和含复铰9杆2自由度平面连杆运动链转化的无复铰和含复铰有高副平面运动链共336类1620种。