基于螺旋理论的三棱锥折展机构构型综合与组网

研究折展单元机构构型综合对于可展开天线机构创新设计具有重要意义。根据三棱锥折展单元机构多运动输出期望公共运动和期望同步运动自由度要求,基于螺旋理论约束综合法,完成机构公共运动和耦合同步运动支链的构型综合,获得了多种基本折展单元构型,并结合应用实际确定一种优选三棱锥折展单元机构。根据3RR-3RRR单元折展机构的组网方式和组网运动的要求,采用螺旋理论进行了运动副的构型设计和优化,综合出一种具有耦合自由度的高刚度三棱锥折展单元组网机构。所采用的构型综合方法实现了螺旋理论约束综合法在折展机构构型综合中的应用,为具有多运动输出部件耦合运动要求的机构综合研究提供参考。综合得到的机构适用于星载构架天线反射器等空间曲面支撑类机构应用需求,具有广泛的应用前景。     

基于旋量理论的并联柔性机构构型综合与主自由度分析

随着精密工程的发展,柔性机构的应用前景越来越广。现有柔性机构的种类相对较少,因此综合更多的柔性机构,尤其高性能的柔性机构变得至关重要。在旋量理论指导下,提出一种基于自由与约束对偶原理的并联柔性机构的图谱化构型综合方法。该方法简单、直观,物理意义明确。随后对3自由度(2R1T和3R)并联柔性机构进行构型综合,给出一系列综合实例。为寻求高性能的构型,提出一种针对实际柔性约束的主自由度分析方法,来验证所得构型的自由度。最后,对一种2R1T并联柔性机构进行主自由度分析,通过分析给出了结构参数对机构特征柔度的影响。     

一种仿生折展机构设计与应用研究

以合瓣高脚蝶形花冠的迎春花为例,对花朵开放过程中的展开过程进行提取,设计出一种能够实现折展功能的仿生折展机构,根据花瓣开放展开形态,并根据机构学概念,提出一种仿花瓣折展机构设计概念模型,通过机构构件运动副数目方程组和运用胚图法完成对七杆以下平面闭环机构的构型综合,并从中优选可用机构构型作为仿花瓣折展机构单元,对折展单元...     

基于变约束旋量原理的变胞机构构型综合

变胞机构具有变结构和变功能特性。对满足变胞条件的运动链进行综合,是变胞机构结构学研究的难点。基于机构分析理论和变胞原理,对变胞机构的组成进行分析,定义变胞支链和变胞机构的概念。根据变胞机构中变胞支链数目的不同,提出三种变胞机构类型:单变胞支链型、多变胞支链型和全变胞支链型。将变胞机构变拓扑的实质归纳为机构所受约束的变化,使对变胞机构的综合转化为含变约束串联支链的变胞源机构综合。将约束旋量原理引入变胞机构的构型综合,采用数学分析方法,阐述变胞源机构与子构态机构之间的关系,给出构态变化条件及变约束旋量方程的数学表达式,形成基于变约束旋量原理的变胞机构综合理论及其一般过程。以空间变胞并联仿生关节机构为例,运用变约束旋量原理对其进行构型综合,求解出所有可能的支链约束组合,列举满足对应约束条件的多种支链运动副形式,得到多种具有被动径向移动自由度的球面关节机构,联同平面双层折纸变胞机构示例,验证了变约束旋量原理对变胞机构综合的有效性和正确性。     

机构学与旋量理论的历史渊源以及有限位移旋量的发展

旋量理论以其简洁的形式,数学的概括性在许多科学领域尤其是机构学领域得到深入而广泛的应用,但其历史发展仍不为学者们所充分了解。从最初的几何体研究导致新机构的发明,到旋量理论与旋量代数、李群与李代数的提出以及发展直至形成旋量理论体系,详尽阐述机构学与旋量理论的历史渊源以及有限位移旋量的发展,进行历史性的详尽查证与研究。引经据典,回顾旋量理论自18世纪的研究开发,以及与其他数学分支的关联,同时回顾有限位移旋量自20世纪50年代后尤其是20世纪90年代的发展,探讨《机构学与机器人学几何基础与旋量代数》专著中阐述的有限位移旋量与瞬时旋量以及李群、李代数的关联。     

基于FIS理论的Myard环形组网机构运动学分析

为揭示折展机构连续与瞬时运动的本质与代数关联,将有限瞬时旋量理论(FIS理论)应用于一类过约束折展机构的分析中,提出包括折展单元及其组网机构的运动学分析方法。首先介绍了FIS理论的基本原理、Myard机构和Myard环形组网机构的组成原理。其次对于Myard机构,通过选定合适的初始位形,以构建有限旋量闭环方程的方式解决了折展单元的关节运动参数映射,基于旋量三角积与螺旋运动的定义提出了基于有限旋量的轨迹求解方法,随后由有限与瞬时旋量的微分映射关系得到Myard机构的速度模型。在此基础上,结合参数化的等效广义副将3-Myard环形组网机构简化为单闭环机构,以求解机构的参数映射关系,随后借助与Myard机构相同的分析流程便得到组网机构的位移与速度模型。提出折展单元及其环形组网机构的关节参数映射、运动轨迹和速度模型的分析方法,丰富了折展机构的运动学分析理论,为解决折展单元及其组网机构的运动学分析问题提供了新选择。     

基于旋量理论的RRRP机器人正运动学分析研究

对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论,基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程,对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真,直观的显示了机器人的运动规律,且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性,以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。     

基于旋量理论的3-US并联机构运动学分析

应用旋量理论对一种3-US并联机构进行了运动学分析。首先对该并联机构进行位置分析,根据机构的几何约束条件,将机构的位置分析转化为对三个非线性几何约束方程的求解,运用数值计算方法对方程进行了求解。然后应用旋量理论建立了该机构的正逆速度分析方程,并通过实例说明了这种方法的应用。最后应用ADAMS软件对3-US并联机构进行仿真,并与本文方法计算结果对比,验证了本文方法的精确性。     

基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究

对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了RRRP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。     

基于旋量理论的四足机器人运动学分析

在调研分析当前足式机器人的研究进展的基础上,提出一种基于旋量理论的四足机器人运动学建模方法.运用旋量理论建立其运动学模型,建立各个关节的速度螺旋后根据罗德里格斯公式推导出该四足机器人的正运动学显式解析解,运用空间几何方法推导出该四足机器人的逆运动学显式解析解.最后运用专业多体动力学仿真软件Adams对所设计的四足机器人进行运动学仿真分析,验证了运动学理论推导的正确性及改四足机器人设计的合理性.提出四足机器人运动学算法的显式解析解,特别适用于对四足机器人控制有实时性要求的应用场景,为足式机器人的实时控制打下坚实的算法基础.该四足机器人运动学算法对后续的四足机器人甚至足式机器人的动力学、轨迹规划、步态规划研究都具有重要的参考意义.     

空间大型可展开天线展开机构设计与分析

空间环形可展开天线借助于贯穿在杆件中的绳索的收卷完成展开,为了能精确测定已收卷绳长,使绳长作为天线展开程度的有力判据,文中设计了一种带绳索排布管理的动力展开机构。该机构利用原有展开机构的动力源,经过齿轮变速箱传动,由凸轮机构将展开电机的单向转动转化为过绳滑块的往复运动,来引导绳索在卷绳轮上按照一定的规律整齐排布。动力学仿真分析和功能试验,均证明该机构可以在承受一定负载的情况下平稳运行,绳索排布的效果良好。     

空间展开机构设计及其动力学分析

随着航天事业的发展,越来越多的宇航工程中会应用一些大型的在轨机构,以满足不同的任务需求,本文设计了一种可应用于航天器太阳翼的圆形空间展开机构。主要包括同步机构的设计、自锁铰链的设计以及驱动机构的设计,最后基于Adams以及RecurDyn两种多体动力学仿真软件分别对本文所设计的驱动机构和四单元扇形空间展开机构进行了动力学仿真,结果表明本文所设计的空间展开机构可实现多级展开,并具有展开的可靠性和可控性。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

一种新型空间构架式伸展臂的分析和仿真

针对目前构架式伸展臂易缠绕断裂的特点,提出了一种新型空间构架式伸展臂的刚化方式,采用两旋转副代替传统球铰,齿轮轴实现伸展臂的刚化控制。同时,对该伸展臂的力学特性进行了详细的分析,使用ADAMS软件对该伸展臂的伸展与收缩过程进行仿真,对铰接副的动力学特征和模态进行分析。结果显示,该新型伸展臂可靠合理,具有一定推广价值。     

基于ADAMS的伸展滑撬上调整机构仿真分析与优化

调整机构是某些拍摄平台的重要组成部分。针对一型伸展的直升机滑撬,建立数学模型进行运动学分析,在ADAMS中建立虚拟样机模型,进行运动仿真,仿真出拍摄平台垂直方向上的偏角和运动副间杆件的长度变化曲线图,参数化模型并对偏角和长度曲线进行有效值法优化设计,确定优化后的各参数值。各参数值可为调整机构的尺寸修改提供帮助。     

舱门展收机构运动与结构参数优化设计

舱门展收机构是航天器的重要组成部分,其性能的优劣将直接关系到航天器舱门能否顺利展开与闭合、航天器能否顺利完成在轨任务。基于ADAMS软件的参数优化功能模块,对某舱门运动形式及展收机构的结构进行了优化设计,在满足舱门展开角度、展开位置、驱动力矩、展开后断电保持等优化要求下,对展收机构的位置布置及几何参数进行了优化设计,为改进舱门机构的结构设计提供了重要依据,具有较强的实用性及参考价值。     

空间可展机构弹性动力学特性研究

将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线伸展机构。采用动力有限元法建立空间可展天线伸展机构的单支机构动力学模型,采用振型叠加法对该机构进行弹性动力学分析。分析后发现,各阶固有频率随展开角度的不断变大会发生交叉,得出了天线展开速度、结构参数对系统稳定性的影响规律。为研究可展机构振动稳定性条件提供必要的参考数据,并为该天线的伸展机构设计与结构参数优化提供了依据。     

空间伸展臂的根部锁紧机构研究

根据空间伸展臂的结构和功能,提出了一种双滑块伸缩连杆形式的锁紧结构,在伸展臂完全展开后实现对其根部的锁紧和定位,并结合伸展臂的结构和工作原理,对锁紧机构进行了设计。通过相关的的受力分析,确定了轴向增力结构的尺寸关系和锁紧滑块的锥角和导向长度。锁紧机构能够简单有效地完成空间伸展臂的锁紧和定位功能,相应的结构尺寸也为其功能的实现提供了进一步的保障。     

空间伸展臂折展单元展开运动特性分析

基于对国内外空间伸展臂机构研究状况分析,提出一种四棱柱型剪叉式空间伸展臂。在分析伸展臂工作原理的基础上,确定折展单元(剪叉单元)的构型特征,并基于螺旋理论求解伸展臂折展单元运动度,验证四棱柱型剪叉式空间伸展臂的运动单一性和折展稳定性。据此,分析空间伸展臂折展单元的几何特性,获得折展单元轴向展开运动规律线图,并利用所研制的原理装置在低重力模拟环境下完成伸展臂展开性能和重复展开精度测试,结果表明四棱柱型剪叉式空间伸展臂满足空间折展机构的功能需求。     

空间凸轮-螺旋组合式折叠翼面展开机构设计及其运动特性分析

提出新型空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构,分析其工作原理,确定其相关技术参数。基于解析法与反转法,对折叠翼面展开机构的功能执行部件———空间圆柱凸轮机构进行了运动规律设计和包括凸轮槽道廓线、压力角及廓线曲率半径的设计,建立了折叠翼面展开机构展开运动学理论模型并进行了求解,结果证明折叠翼面展开机构符合设计要求,其运动规律设计正确。