面向变胞机构动力学建模的变拓扑构型数学描述方法

针对变胞机构的变拓扑特性,以拓扑学和多体系统动力学理论为基础,提出一种可由变胞源机构动力学模型自动生成任意子机构动力学模型的建模方法。首先,从变胞机构的拓扑组成和所受约束角度出发,重新定义了变胞源机构的内涵,将变胞源机构向子机构的切换方式简化为构件数减少和构件数不变两种情况。其次,运用关联矩阵描述变胞机构的构态切换过程,提出实现构态切换所需的单位消元矩阵Ei,j、关系消去矩阵Ij和关联关系变化矩阵G,将变胞机构的拓扑结构变化转化为一系列的矩阵运算,并给出了统一的数学模型。最后,建立关联矩阵、Huston低序体阵列和通路矩阵三者之间的转换关系,结合R-W方法分析变胞机构子构态动力学模型的自动生成机理,以具有3个构态的闭环五杆变胞机构为例,建立变胞源机构动力学模型,通过编程自动生成所有子构态动力学模型,并对机构的动力学特性进行分析,验证所提方法的有效性和实用性。     

具有变胞功能的电动装载机构构态进化拓扑结构分析与基因建模

变胞机构是一类具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征的机构。将其应用于装载机研究发明的新型电动装载机构,可按不同阶段的工作需求改变其执行机构的拓扑结构,只需一台驱动电动机就能完成传统两自由度液压装载机铲装、翻转、抬升、卸料等工作任务。采用电动机驱动、连杆传动的方式,能有效克服液压系统零部件加工装配要求高、维护保养困难、易产生漏油等缺点;且电动机均安装在机架上,避免了传统串联式机械手的驱动电动机大都安装在铰链处,导致的刚性差、惯量大等问题。介绍变胞装载机构的变胞源机构以及实现变胞功能的几何变胞方法,利用邻接矩阵和拓扑图描述了各工况对应的子工作阶段机构的拓扑结构变化,分析其工作原理和构态转化特点,得到机构构态演变过程的生物学进化特性。针对机构的结构和连接特点,研究变胞进化生长过程中构型的转化方式和蜕化方法,对各个构型单元分别进行进化计算,得到变胞源机构的基因模型表达式。     

面向车门锁电动吸合开启优先功能的凸轮摆杆柔顺连杆组合机构

针对高端汽车门锁电动吸合及开启优先功能需求,提出了凸轮摆杆柔顺连杆组合机构,构造了双凸轮单摆杆和含弹簧构件四杆机构的组合机构,结合限位块、接触状态、凸轮间歇运动、型面突变等构件特征,可实现柔顺自适应滚滑、刚性拨动、避让释放3种运动模式及各模式间切换;嵌入锁内棘轮棘爪锁紧机构,将组合机构转化为电动吸合与开启支链;对应汽车门锁电动吸合、手/电动开启及复位、吸合复位3种工况,以相应驱动方式和运动边界条件,研究分析了吸合运动与锁内现有支链的运动兼容功能、开启优先功能、吸合卡止情况半锁开启功能。将机构及驱动嵌入车门锁进行仿真,研究了全工况开启凸轮与摆杆、摆杆与棘轮、棘轮与棘爪的接触力;机构仿真实现各功能动作的时间与车门锁设计要求匹配,其由半锁到全锁的吸合过程时间为420.97 ms,复位时间为29.03 ms,手动开启时间为622 ms。     

电动低速汽车车身结构刚度约束拓扑优化设计

电动低速汽车能满足人们对低速、短途运输的需求,同时具有绿色环保的特点,正越来越引起人们的关注。根据轿车车身刚度和电动低速汽车的特点,确定了电动低速汽车车身刚度参考标准,然后以某电动低速汽车为例,运用拓扑优化设计,结合实心梁—空心管梁等效材料方法,得到车身材料分布初步方案,随后根据该方案和可制造性原则,详细设计了车身结构。分析结果表明,基于刚度优化设计的电动低速汽车车身结构,其刚度和强度更优。     

基于拓扑特征的并联机构拓扑变换

引入拓扑学理论,定义了并联机构的拓扑空间,分析了并联机构的拓扑特征;研究了并联机构的拓扑变换方法,给出了6-PSS并联机构的4种拓扑结构的几何模型,为并联机构构型的研究提供了理论基础和创新方法。     

用缩微变换识别轮系拓扑同构的研究

拓扑同构问题是机构的结构类型综合及优选的重要影响因素,根据杆副机构采用的矩阵判定方法并结合离散型拓扑模型的特点,提出了用拓扑缩微变换解决拓扑同构判定的新方法,最后以算例的形式给出了此方法的具体判定过程,并实现了计算机自动判定。实例证明该方法准确、简单、高效且能在计算机上实现。新算法的优点是便于计算机的拓扑自动综合和同构识别,从而为拓扑反演的自动化、智能化、网络化和可视化创造了条件。     

电动开启汽车门锁的传动机构连杆轨迹研究

汽车门锁作为汽车车身的重要附件,其操作性和可靠性关系到汽车的安全和使用性能。针对未来新型汽车对车门开启功能的新要求,以现有汽车侧门锁为研究对象,提出一种可实现电动解锁功能的传动运动链;针对电动开启运动链中连杆传动机构在解锁运动过程中与齿条传动匹配问题,以理论接触点期望轨迹为一条平滑曲线为目标;基于单开链方法,构建具有解耦降次特征的运动学方程组;采用优化-连续法,同时考虑机构运转平稳、尺寸合理等条件,求解出传动机构连杆末端输出点最佳逼近期望轨迹的机构尺寸,为新型汽车门锁传动链研发提供参考。     

拓扑特征演化分析下行星变速机构构型综合

针对用多个行星排和操纵元件组成预设挡位数和传动比的可行变速机构方案繁多的特征,提出了一种基于拓扑特征演化分析的行星变速机构构型综合方法。根据行星变速机构的基本构件组成,建立了行星排组和离合器组模型的设计准则,定义了相对转速意义下行星变速机构的构件和关联函数邻接矩阵,推导了构态演变的数学模型,实现了特殊构态拓扑特征的自动识别,构建了满足预设挡位数要求的构件组模型。在揭示不同构态拓扑演化特征的基础上,提出行星变速机构特性参数计算和构件属性判别的方法,实现了行星变速机构的构型综合。最后通过设计实例验证了所提方法的有效性和准确性。     

M~2SBot新型自重构机器人拓扑构型描述及运动学研究

介绍了一种新型自重构机器人系统,研究了基于旋量理论的自重构机器人正、逆运动学算法。在分析M2SBot机器人模块拓扑结构的基础上,建立描述自重构机器人拓扑构型的三元组矩阵;利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得各个模块的运动旋量并自动生成自重构机器人正运动学方程。采用遗传算法求运动学的逆解,在传统遗传算法的基础上提出了"移民"策略和局部优化的改进方案。最后,以双支链构型为例,给出了正运动学方程自动生成的具体步骤,并在MATLAB平台上进行逆运动学仿真,验证了改进遗传算法的有效性。     

描述变胞机构构态变换的关联矩阵法

基于变胞机构的变拓扑结构特性,提出了3种基本变胞过程:构件数目变化、运动副数目变化和连接方式变化,这些过程的组合使用可实现全部变胞要求.为了完整、简便、清晰地描述构态变换过程,提出运用含有运动副类型的关联矩阵及其逻辑运算对变胞过程进行描述,同时给出了构态变换方程的逻辑表达式和实现变胞过程的4种基本变胞矩阵.该方法能直观...     

精密离心机负载盘的拓扑构型设计

首先提出了CTK-200g型精密仿真离心机负载盘的初始结构,采用模糊归一法优化设计理论建立了拓扑构型的优化数学模型,并且借助有限元分析和仿真软件Optistruct相结合的方法,对负载盘进行了结构拓扑构型设计,最终得到了清晰的拓扑结构.研究内容对提高系统精度、降低额定功率和提高电磁兼容性能等具有重要意义,并为负载盘的进一步结构参数优化设计提供了明确的指导方向.     

用于单驱动电动开启门锁保险支链的双层柔顺间歇机构

针对汽车门锁单电机驱动实现电动开启及电动保险功能的需求,基于恒力弹簧弹性力不随行程变化而改变的特性,构造了协同电动开启和电动保险支链运动的新型双层柔顺间歇机构.正向驱动组件由撑杆通过杠杆支撑刚化拨杆拨动型面拨盘;反向驱动组件由拨杆受拨盘扭簧力阻力作用与撑杆脱离,拨杆绕杠杆中心旋转,顺应拨盘型面滚滑.该机构有初始支撑保持、刚性支撑拨动及柔顺避让适应型面多种运动模式,正反向转动实现双层多运动模式切换.该机构在门锁狭小空间内仿真,可实现多工况下开启机构与保险机构的确定运动与复位运动;比较拨杆与保险盘的接触力,使用恒力弹簧时最大值较小且变化幅度平稳,满足与其他支链兼容适应性.仿真结果表明,机构在30.8 ms内实现单独解保险,97 ms内顺序实现解保险及电动开启,68.9 ms内实现单独上保险.     

结构拓扑优化分析在电动小车车身的轻量化的应用

为进一步减轻某电动小车的质量,将拓扑优化理论应用于电动小车的车身设计中.将全车身和下车身分别作为优化结构,在相同刚强度要求下,全车身结构所需材料会更少,利用有限元分析软件Hypeworks,遵循电动小车的结构要求对电动小车下车身和全车身分别进行优化设计,由设计结果建立起各自的CAD模型.对2种设计模型的质量、模态和应力进行比较分析,最终得出全车身轻量化结论,并为车身结构性改进提出了有效的建议.     

结构拓扑优化分析在电动小车车身的轻量化的应用

为进一步减轻某电动小车的质量,将拓扑优化理论应用于电动小车的车身设计中。将全车身和下车身分别作为优化结构,在相同刚强度要求下,全车身结构所需材料会更少,利用有限元分析软件Hypeworks,遵循电动小车的结构要求对电动小车下车身和全车身分别进行优化设计,由设计结果建立起各自的CAD模型。对2种设计模型的质量、模态和应力进行比较分析,最终得出全车身轻量化结论,并为车身结构性改进提出了有效的建议。     

基于拓扑维度综合的串并联机构构型与奇异研究

传统的串联和并联机构自由度分析和奇异分析方法,对于串并联机构不具有直接适用性,通过利用3种实际拓扑单元和一种虚拟拓扑单元,结合各拓扑单元空间活动能力的拓扑维度综合法,对串并联机构的构型进行了分析,并得到了其空间活动能力拓扑维度的一般计算公式与过程,基于计算的结果可以对机构的奇异性进行分析.     

机器人运动链拓扑胚图的特征字符串描述

在机构基于胚图的综合方法中,判别拓扑胚图的同构关系是一个难题。提出特征字符串的概念,用于描述含较多基本连杆的拓扑胚图。基于运动链拓扑胚图支链上不含二度点的特性,制定相关规则,用特征字符串准确描述代表基本连杆的顶点的相对位置,引出拓扑胚图。制定判别同构拓扑胚图的相关准则,论证了拓扑胚图同构的条件。举实例对同一特征字符串和不同特征字符串描述的拓扑胚图进行了同构判断。通过与邻接矩阵方法比较,证明特征字符串法简单、有效。     

描述变胞机构构态变换的一种新方法及其在构型综合中的应用

通过分析变胞机构的拓扑构态变换过程,提出一种能描述杆件减少过程中任意杆件合并的矩阵表达新方法,此方法不需要进行行列变换就可得到简洁的终态矩阵,且不影响原机构杆件的编号。以此方法为基础,阐述杆件数增加或不变的变胞机构拓扑构态变换的数学描述和实现方法。根据变胞机构构态变化规律和平面机构构型综合的拓扑相关性,提出基于变胞机构拓扑构态变换的数学描述进行平面闭链机构构型综合的新方法,给出单自由度闭链构型综合的实现方法和步骤,并以8杆机构构型综合为例进行应用说明。     

基于傅里叶描述子的耦合串联机构构型尺度融合设计

利用傅里叶变换方法,提出了耦合串联连杆机构的构型尺度融合设计方法,针对给定目标运动对其上各点的轨迹进行谐波分析,识别出包含最少数量谐波分量的最简轨迹,通过这些谐波分量的数量、幅值以及频率等特征信息便可反演得到耦合串联机构的拓扑结构特征和尺度参数信息,解决了耦合串联机构的运动综合问题,并给出了相应的算例证明所提方法的有效性。     

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。     

Kiekert研发出适用于MPV车型的电动滑移门驱动系统

全球汽车门锁系统技术先导者Kiekert AG（凯毅德股份有限公司）紧随中国市场上的汽车电子化趋势,推出一种创新的安全与舒适系统解决方案。Kiekert在电动滑移门系统领域拥有多年广泛的全球专业知识．并在欧洲和北美市场上为多个主机厂供货。Kiekert此次推出的电动滑移门驱动系统解决方案对整个系统进行了大幅简化,给汽车制造厂商提供了更加轻量且兼具成本优势的选项,