一种新的平面机构自由度通用计算公式

传统平面机构自由度计算公式缺乏考虑公共约束、虚约束和局部自由度,难以通用于平面机构自由度计算,且机构增减构件后需重新求解。基于构件对于机构输入和输出运动关系的实效性影响,建立一种新型平面机构自由度通用计算公式。研究了虚约束、公共约束、局部自由度与机构自由度代数关系,定义平面机构有效构件、有效环路、广义高副概念等作为公式变量。新公式不需考虑低副和复合铰链,可以直接套用各类平面机构,克服了传统公式存在的不足。同时,新公式基于机构有效闭环划分,明确机构的基本组成单元——构件对其自由度影响,能够有效解决平面机构变形后自由度计算问题,避免重复查算。实例对比说明了新公式的简便性和正确性,且可以应用于传统公式失效或不易求解的平面机构。     

空间机构自由度计算公式的重新建立

通过对空间机构自由度计算公式的研究，提出新的空间机构自由度计算公式，不仅适用于空间机构，而且也适用于平面机构，即用一个空间机构求自由度的公式替代传统的24个空间机构求自由度的公式和18个用于平面机构求自由度的公式，并用实例验征其正确性。     

关于重新建立空间机构自由度计算公式的探索

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束的理论出发,对机构学的自由度计算公式重新进行了研究。研究结果表明:只要对平面、球面机构自由度的计算公式稍加变化,就可得到空间机构求自由度的新公式,利用这个新公式,既可以求空间机构的自由度,又可以求平面、多环、空间开式链、混合链等机构的自由度。比传统公式使用方便,在形式和内容上都有实际意义,从而为空间机构自由度的计算提供了可靠的理论计算式。     

平面机构自由度的计算

平面机构的自由度是指构件相对于参考系所具有的独立运动的数目。通过介绍平面机构自由度的计算以及在计算自由度时应注意的问题。分析了自由度对平面机构的结构特性和新机构的设计具有重要意义。     

基于修正的G-K公式的组合机构自由度的计算

用修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式,计算组合机构的自由度,有时会产生错误的结果。为了正确计算组合机构的自由度,并考虑计算组合机构自由度的方法便于工程技术人员学习和应用,根据修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式,导出组合机构自由度的计算公式,得到机构自由度的一般计算公式;提出计算组合机构自由度的注意事项,给出了组合机构划分为基本机构的方法,并给出了算例。修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式只能用于1个基本机构的自由度计算及各个基本机构的公共约束相同的机构自由度计算;对于一般的组合机构,要用组合机构自由度的公式计算其自由度。组合机构自由度等于各个基本机构自由度的和。     

平面机构自由度计算中几个问题的探讨

论述了平面机构中运动副引入约束数目的计算、复合铰链的定义分析、虚约束的分析等方面的问题．为平面机构的自由度计算和结构分析奠定了基础。     

平面机构的环路分类法及各类机构自由度统一求解的研究

继文献[1]，提出了将平面机构按组成环路的运动副特性分类的“实自由度环路机构”、“虚自由度环路机构”及“时间环路机构”。三种环路机构的划分，不仅使自由度计算不再繁于计数低副及复合铰链的个数因而使自由度计算更为简便，而且解决了“虚自由度环路机构”中特殊运动副约束度难以确定，以及“时间环路机构”中运动副重复计算甚至无法计算问题。由此将一般机构、瞬心机构、瞬变系统自由度、纯移动副机构、虚约束及局部自由度等各类平面机构自由度求解不一的方法，统一为便捷实用的公式：F=n-2r。     

多环耦合机构末端件自由度计算的等效法

针对新型耦合机器人与常见并联机器人机构结构的迥异性,提出一种适应多环耦合机构末端件约束分析和自由度计算的新方法,此方法的主要思路是将多环耦合机构转化为并联机构。提出机构拆分原则,将连接输入和输出的部分拆分为多个独立单元体。应用螺旋理论逐一分析拆分出的单元体中各个耦合节点构件相对于机架的独立运动,将含耦合结构的独立单元体等效为一个串联分支,整个机构就等效为一个并联机构。分析等效并联机构各分支的运动螺旋系和约束螺旋系,采用二次反螺旋求得机构末端件的自由度。应用提出的等效替代法计算一个耦合机构的自由度,计算结果与原型一致,表明提出的新方法能够有效化简耦合机构的复杂性并正确求得自由度。     

一种新型轴/径向伸缩式轮胎成形鼓机构自由度分析

针对一种用于子午线轮胎成形的新型轴/径向伸缩成形鼓机构,应用叠加原理,将成形鼓机构以自由度相等的基本驱动单元进行拆分。通过进一步对驱动单元进行结构分解,得到平面六杆机构及三杆四副支链等基本运动链。运用螺旋理论,对各简单平面机构及支链进行局部自由度、虚约束及公共约束的判定,分别计算其自由度;并依据广义运动副替代原则,得到多个子链组合而成的复杂多环路机构的自由度。通过对成形鼓机构的结构分解,得到了机构自由度数并对其性质进行了判定。     

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。     

面向公差技术的几何要素自由度表示与操作及其应用

描述了几何要素的本征方向和本征自由度概念、几何要素自由度的表示方法和约束自由度的计算规则。根据基本几何元素的几何特征以及与基准要素的位置关系确定了几何要素的本征方向,根据几何量测量原理,提出了基准要素约束自由度的计算方法,建立了基准体系约束自由度的计算规则。根据公差类型与基准要素和目标要素的关系,建立了公差设计正确性、完整性验证的具体规则,提出了基于自由度分析的公差标注正确性验证方法。     

携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究

以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构的有限元模型,采用自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算获得其应力结果。使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试。实验结果表明,实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法,为后续研究工作奠定基础。     

基于并联机构理论的曲柄群驱动机构的自由度分析

曲柄群驱动机构是一种特殊的传动机构,根据经典机构学的理论,它是一个超静定机构,文中将它视为一种特殊的并联机构,运用基于螺旋理论的自由度分析方法,对存在p个曲柄的该机构的自由度进行了分析,从约束螺旋的角度深入分析了其被约束的自由度,结果表明其自由度为1,破解了它的超静定问题,为该机构的应用提供了理论依据。     

精密机械运动学结构设计方法的若干新进展

精密机械运动学结构设计方法以自由度和约束的视角统一处理机械设计问题,是重要的机械设计方法之一。文中综述了运动学设计的发展背景及最新进展,主要包括精确约束的概念、基本方法、自由度约束拓扑理论及其在柔性机构构型综合方面的应用。这些新进展有助于设计师设计出新型机械装置,具有很好的应用前景。     

基于Pro/E和ADAMS的并联机构设计与仿真

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,提出了一种能实现一维转动和一维移动的两自由度平面型并联机构。该机构由两条主动支链为P⊥R//R,一条辅助支链为P⊥R组成。对该并联机构进行结构和位置分析,求出其运动学正反解。采用Pro/E软件对其进行三维实体建模,利用mech/pro设置各运动副约束并导入Adams仿真软件。借助于Adams软件进行动态仿真,验证理论推导的正确性。机构的运动学模拟仿真为该机构作进一步的动力学及优化设计研究打下基础,并为系统控制提供了理论依据。     

Research on constraint-based virtual assembly technologies

To realize a constraint-based virtual assembly operation, the unified representations of the assembly constraint, the equivalent relation between the constraint and the degree of freedom (DOF), and the movement DOF reduction in a virtual environment are proposed. Several algorithms about the constraint treatment are submitted. First, the automatic recognition algorithm based on the assembly relation is used to determine the position and orientation relation between two geometry elements of constraint whether they meet the given errors. Second, to satisfy the new constraint, according to the positing solving algorithm, the position and orientation of an active part are modified with minimal adjustment after the part has satisfied the affirmed constraints. Finally, the algorithm of movement navigation based on the generalized coordinate system is put forward, and the part movement is guided. These algorithms have been applied to the integrated virtual assembly environment (IVAE) system. Experiments have indicated that these algorithms have well supported constraint treatments in the IVAE and realized the closer combination of the virtual and the real assembly processes. Translated from Computer Integrated Manufacturing Systems, 2006, 12(3): 413–419 [译自: 计算机集成制造系统]     

多自由度超声电机设计与应用研究

设计了一种锥型结构的多自由度超声电机,电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层式压电陶瓷作为激励元件,在两路相位差90°的正弦信号激励下,驱动足分别产生沿X-Z平面、Y-Z平面的椭圆运动轨迹,进而驱动电机动子作直线运动。针对多自由度超声电机定子结构及实现2个自由度运动输出的要求,自行设计两自由度平台解决方案。     

基于约束的虚拟装配技术研究

为了实现基于约束的虚拟装配操作,给出了虚拟环境中装配约束的统一表达方法,以及约束与自由度的等价关系和运动自由度的归约等,提出了一套虚拟装配中的约束处理算法。首先,利用装配关系自动识别算法,判断两个零件几何约束元素之间的位姿关系是否在给定的误差范围内;其次,使用定位求解算法,使主动体零件在满足已经确认约束的基础上,以最小的位姿调整量满足新约束;最后,提出了基于广义坐标系的运动导航算法,根据装配零件满足的约束对其运动进行引导。这些算法已经应用于集成虚拟装配环境的系统中,实践证明它们能很好地支持集成虚拟装配环境的约束处理,实现了虚拟装配过程与实际装配过程的高度统一。     

新型三平移一转动并联机构及运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论，以单开链支路为单元，提出了一种能实现空间三维移动和一维转动的四自由度并联机构。分析了该机构的运动特性，运用连杆DH矩阵，探讨了具有5R支链的建模方法，给出了机构位置反解的数学模型，并在ADAMS虚拟样机软件及MATLAB数学计算软件上进行了数值验证。这种机构具有4个自由度运动特性，在结构上具有较好的对称性，且支链结构可进行模块化组装，有较好的应用前案。为机构建立的反解模型较简单，数值验算证明是正确的。机构的运动学反解模型为该机构作进一步的运动学动力学及优化设计研究打下基础，并为系统控制提供了理论依据。