独立杆组参数矩阵的表达方法

并联机构中由于各杆组间的约束类型不同导致部分杆组参数向量中含有不独立的混合参数,使得对机构中输出构件自由度数目及性质、机构过约束判断的直观性变差。为构建仅含独立运动参数的杆组参数向量,分别就向量中非独立的"角运动参数"、"非衍生线运动参数"、"衍生线运动参数"展开讨论,基于螺旋理论,通过研究螺旋系的相关性,得到线性无关的基螺旋系,并等价到杆组参数矩阵中,建立独立杆组参数矩阵,最终提出参数垂直分量有效准则。结合该准则,基于GOM自由度新公式,对几种典型机构进行自由度分析,验证这些理论在独立杆组参数矩阵确定、机构自由度求解、输出构件自由度及运动性质分析、过约束判断等方面的应用。     

机构中局部自由度和消极自由度判别方法

局部自由度、消极自由度是机构自由度计算的重要指标。结合作者提出的杆组理论,从局部自由度和消极自由度本质出发,分析其存在对杆组参数、杆组自由度、输出参数、机构自由度等参数的影响,推导通过杆组自由度进行局部自由度判断的简易方法,总结常用到的含局部自由度杆组,为机构结构设计提供参考;建立结合杆组参数及输出参数进行消极自由度判断的准则及推论,提出基于元参数表示杆组参数矩阵的方法,更方便对机构中消极自由度及输入副的判断;最后证实了所提理论的方便性和适用性。     

用一个示力副法作单闭合空间机构的受力分析

与传统的分析法不同,本文对单闭合空间机构的受力分析采用了先求出一个运动副中约束反力的方法。这个示力副中的约束反力在无过约束的空间机构中是静定的,文中详细讨论了用矩阵法确定的过程并举四杆RCCC及五杆RRSRR机构为例进行分析。对RCCC机构还进一步讨论了其他运动副中约束反力和原动件上平衡力的确定。本文所提示力副法可推广于作任意复杂空间机构的受力分析。     

新型过约束2-UPS+2-RPU并联机构的刚度分析

提出一种新型过约束2-UPS+2-RPU并联机构,该机构的2个RPU分支一共提供了4个约束,但由于机构运动副的特殊布置,其中的2个约束为过约束。首先,基于螺旋理论分析该机构中存在的约束反力,建立该机构的速度约束方程,并基于此分析该机构的自由度。其次,建立该机构的几何约束方程,利用解析矢量法求得机构位置逆解方程。随后,基于计算杆件变形方法及小变形叠加原理,分析各杆在支链约束力螺旋作用下产生的弹性变形,并定义了分支约束力螺旋系刚度矩阵。最后,建立机构的动平台位姿变化与外载荷关系,进而得到机构的整体柔度、刚度矩阵。得出约束力/矩对这类少自由过约束机构的刚度和变形影响很大且其弹性变形主要产生在约束力/矩轴线方向。     

导杆机构综合的位移矩阵法

利用过定点约束及变杆长约束,介绍了用位移矩阵法进行导杆机构的刚体导引、实现预期轨迹和函数发生器综合及变杆长—摆动液压缸机构函数发生器的综合方法,并给出两个综合例子。     

新的机构自由度计算公式——GOM公式的应用研究

总结了利用GOM公式计算机构自由度的具体步骤,列举了常用基础杆组的位移参数,介绍了杆组阶的确定方法;给出计算输出构件自由度及快速判断构件运动性质的方法;选取了几种典型的机构验证了所提出方法的正确性。结果表明,该新公式可以避开虚约束计算,不需要借助复杂的数学工具,便能快速、有效地计算包括混联机构在内的机构自由度,其正确性与通用性在一定程度上得到了验证。     

基于交集运算的自由度快速求解方法

为简化机构自由度计算,基于GOM公式和杆组位移参数求交,通过分析平行约束力的位置关系判断基点转动参数的有效性,给出并证明了转动不受约束的3种情况,为有效解决集合求交运算中的转动参数是否被约束问题,以及机构自由度快速计算和自由度运动性质判别提供了一种简洁实用的方法。以3种典型机构为例,对基点参数有效性判别和机构自由度快速计算进行了验证。     

一种四自由度催化剂板搬运机器人研究

首先对催化剂板搬运机器人的结构进行了研究,给出了一种通过动平台带动平面六杆机构上下移动,转动座带动平面六杆机构水平转动的四自由度机器人的结构设计。为了便于研究,将平面六杆机构简化为了平面五杆机构,并对机构展开了运动学分析;接着探讨了平面五杆机构的奇异位型和结构参数问题,建立了约束条件;依据运动空间要求,建立了杆件参数之间的几何关系,采用正交试验法对设计参数进行了正交试验,对比分析了各试验因素对实验结果的影响,选取了优化解;将优化解带入约束条件,判断了其是否满足约束。最后将优化后的杆件参数带入了运动学方程,通过Matlab求解出了其运动空间范围,验证了设计参数的合理性。     

平行回转副广义杆组的有效分量研究及应用

结合基于广义杆组理论已提出的机构自由度计算公式—GOM公式,为完善其应用中的集合求交问题,对两组夹角小于90°的平行回转副(R)广义杆组运动参数的交集运算进行了分析,把一组的运动参数分解为垂直和平行于另一杆组的运动参数分量,将垂直分量作为该杆组的有效运动参数,与另一杆组运动参数求交集,得到的计算结果符合机构的实际情况,证明了含平行R杆组的机构,符合交集运算规则;并将该结论应用于含平行R杆组的机构自由度计算及消极构件的判定:当平行R杆组的自由度与输出参数的维数之和小于等于零时,输出构件成为消极构件;最后通过分析一组7R机构的自由度,理论分析与实际一致,验证了所提理论的正确性。     

含消极运动副的单闭环非过约束机构构型设计

为减弱过约束机构中严格的运动副轴线间几何约束关系,降低机构的装配误差和难度,提出一种引入消极运动副的单闭环非过约束机构构型设计方法。给出了引入消极运动副的非过约束机构自由度分析方法、非过约束机构的设计原理及设计流程。针对过约束Goldberg机构,通过在同一转动副中添加2个消极运动副R,得到非过约束Goldberg机构RSRRR。通过螺旋理论证明了过约束/非过约束Goldberg机构在运动学上完全等效,并对非过约束Goldberg机构输入输出运动参数求解,从而验证了本文提出的单闭环非过约束机构构型设计方法的正确性。     

具有重复结构的平面连杆机构的过约束分析

给出空间平面过约束和理论平面过约束的定义，分析了这两种过约束对机构误差的敏感特性。提出具有重复结构的平面连杆机构的过约束分析方法，得到该粪机构存在的过约束的数量和类型。从而为该类机构消除或减小过约束影响的措施的采取指明了方向。     

基于单开链运动相容性的过约束机构分析新方法

提出一种判断过约束机构的新方法 ,它基于如下的单开链运动相容性准则 :若对于主动输入的任意取值 ,2个单开链始终满足其两端轴间距相等 ,轴间夹角相同 ,对应的轴长之差为常量 ,则此二单开链可构成一个封闭回路 ,该回路为过约束机构。该法操作简单 ,其特点是变量间输入输出关系先于过约束性得到。过约束机构的寻找可由局部相容性关系入手找出部分运动学关系 ,进而逐步得到满足所有相容性关系的过约束性条件与运动输入输出规律。用该法给出了 4R过约束机构的寻找方法 ,同时对一个 4R2 P机构进行了过约束性判定。     

一种过约束并联机构受力分析的方法

将一般过约束并联机构定义的过约束称为被动过约束,冗余驱动并联机构引入的过约束称为主动过约束,进而将过约束并联机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和冗余驱动过约束并联机构。详细地描述了被动过约束并联机构和冗余驱动并联机构受力分析的国内外研究现状,提出了一种过约束并联机构受力分析的方法。该方法定义了分支约束力螺旋系刚度矩阵,考虑连杆及驱动器的弹性变形,推导得到了约束力螺旋系幅值的一般解析表达式。该方法适用于一般的过约束并联机构的受力分析,通用性较强。     

平面闭链机构中过约束分析的研究与应用

由于不可避免的制造误差，平面闭链机构中广泛存在的过约束，导致对机械性能的一系列有害影响。因而越来越受到机械结构设计者的重视，提出了多种机构过约束的分析方法。但是，这些方法还存在一些不足，还需进一步发展完善。因此在深入、系统研究这些方法的基础上，重点介绍了其中两种较好的方法，提出了一些新的见解，并总结出了一些完善过约束分析方法及其在消除或减小过约束影响设计、应用方面的结论和原则。     

Compliance-based matrix method for modeling the quasi-static response of planar serial flexure-hinge mechanisms

A matrix method is proposed to model the direct and inverse quasi-static response of constrained/over-constrained planar serial mechanisms with flexure hinges under bending, axial, and shear planar (three-dimensional) loading and small-deformations. The method uses a basic three-point compliance matrix corresponding to one rigid link and one adjacent flexure hinge that are subjected to one point load. This matrix connects the displacements at a point on the rigid link with the load that is applied at another point on it, and the deformations of the flexure hinge at its distal point. The quasi-static model of planar serial flexure-based mechanisms with multiple links under single/multiple point loading results from linearly superimposing all relevant hinge-link-load triads defined by their three-point matrices. A displacement-amplification planar device with right circularly corner-fileted flexure hinges is studied using several refinement stages of the matrix method to generate a model whose predictions are confirmed by finite element simulation.     

一种在AutoCAD环境下解算尺寸链的方法

提出了一种新的尺寸链自动搜索和求解的方法,其特点是在AutoCAD环境将原有图纸的标注用鼠标输入以自动建立尺寸矩阵和公差矩阵,然后在此基础上去搜索和求解尺寸链。可用于封闭环或组成环的尺寸和公差的求解。并编制出相应的软件,在实际尺寸链分析中加以应用。     

调节阀气缸活塞执行机构的自调结构分析与设计

气缸活塞执行机构是调节阈主要的驱动机构之一.由于该执行机构中存在过多的过约束,导致该机构安装困难及工作过程中零件的严重磨损.在对该机构进行过约束分析的基础上,进行该机构的自调结构设计,并利用ADAMS软件对该机构及其自调机构进行仿真分析.结果表明,自调机构中不仅各运动副的受力明显减小且变化均匀,从而有效的减小了该执行机构的弹性振动及运动副的磨损;同时,运动副形位误差对机构性能影响的敏感度降低,从而降低了对运动副元素的精度要求,降低了产品的制造加工成本.     

Over-constraints and a unified mobility method for general spatial mechanisms Part 2: Application of the principle

The pre-research on mobility analysis presented a unified-mobility formula and a methodology based on reciprocal screw theory by HUANG, which focused on classical and modern parallel mechanisms. However its range of application needs to further extend to general multi-loop spatial mechanism. This kind of mechanism is not only more complex in structure but also with strong motion coupling among loops, making the mobility analysis even more complicated, and the relevant research has long been ignored. It is focused on how to apply the new principle for general spatial mechanism to those various multi-loop spatial mechanisms, and some new meaningful knowledge is further found. Several typical examples of the general multi-loop spatial mechanisms with motion couple even strong motion couple are considered. These spatial mechanisms include different closing way: over-constraint appearing in rigid closure, in movable closure, and in dynamic closure as well; these examples also include two different new methods to solve this kind of issue: the way to recognize over-constraints by analyzing relative movement between two connected links and by constructing a virtual loop to recognize over-constraints. In addition, over-constraint determination tabulation is brought to analyze the motion couple. The researches above are all based upon the screw theory. All these multi-loop spatial mechanisms with different kinds of structures can completely be solved by following the directions and examples, and the new mobility theory based on the screw theory is also proved to be valid. This study not only enriches and develops the theory and makes the theory more universal, but also has a special meaning for innovation in mechanical engineering.     

Over-constraint and a Unified Mobility Method for General Spatial Mechanisms Part 1: Essential Principle

Compared with the parallel mechanisms, the mobility analysis of the general multi-loop spatial mechanisms(GMSMs) is more difficult to obtain correct results. The reason is that its multi-loop is formed through several times of closings and there also exists motion coupling even strong coupling, where the over-constraints are concealed. However, the mobility analysis for this kind of mechanisms has been paid few attentions. A new systemic methodology for analyzing mobility is proposed for GMSMs also based on the screw theory. The key issue for mobility analysis is to recognize the over-constraint. Firstly, three theorems are given and point out: the reason and site of over-constraint occurrence, calculating the number of over-constraints by the screw theory, and how to analyze the over-constraints for a single-loop mechanism as well. Then, three closing forms for GMSMs are proposed including rigid closure, movable closure and dynamic closure, and for the three different forms the different analysis methods are also given. Especially, for the most difficult issue of GMSMs with the multi-loop closure in many times and the inevitable motion coupling, two important methods are proposed: "recognizing over-constraints by analyzing relative movement" and "recognizing over-constraints by virtual loop". The two methods are well used to solve the issue. Above-mentioned principles are not only systematic and effective but also unified. They provide a theoretical basis for the general multi-loop spatial mechanisms.