基于运动副自由度优化配置的机构自调性设计研究

针对机构动力性能对形位误差敏感的问题，通过约束分析，发现普遍使用的平面闭链机构在理想平面约束条件下存在对机构工作性能不起作用的过约束，并导致机构系统对制造误差很敏感，要求很高的制造精度。为此，以曲柄导杆机构为例，阐述如何配置机构的约束和自由度，设计自调性机构。结果表明所得到的自调机构可大幅度降低机构对误差的敏感度，降低生产成本，减轻装配难度，提高机构的传动效率、使用寿命和对环境的适应能力。从机构的结构因素上消除了误差对机械品质的影响，大大提高了其稳健性。     

机器人灵活手的运动分析和力分析

机器人灵活手可以稳定地抓持任意形状物体,或利用手指的运动操纵物体相对于机器人末杆(或手掌)的运动.它的运动学和力传递关系比一般开链机器人复杂得多.本文分析了在被抓持物体与手指指尖,手指指尖与手指关节之间力和虚位移的关系.利用线性变换的理论揭示了过约束、欠约束和奇异状态的形成条件.本文还分析了手指机构冗余自由度、亏缺自由度和奇异位形对抓持的影响.这些结果为机器人灵活手的设计和控制方案的规划提供了理论依据.     

150年机构自由度的通用公式问题

机构通用的自由度公式是一个150年没解决的问题。本文首先介绍了这个问题的来龙去脉,介绍历史上先后出现的那些不服从自由度G-K公式的反常机构,又有哪些学者研究过这个问题,他们的方法有什么特点,介绍Gogu总结出的那些反常的古典机构和现代并联机构,在这里它们被称为机构自由度的＂GG问题＂。接着,文章着重介绍黄真和他的学生提出的新的基于反螺旋理论的自由度原理和修正的G-K公式,介绍他们在自由度问题上的研究过程、方法和特点。并以＂GG问题＂中的详尽的古典和现代机构的例子,证明这个方法和公式的通用性、统一性,证明这个方法解决问题具有的强大能力,特别适合当今的多自由度、过约束、甚至某些多环耦合机构,最终证明他们解决了自由度这个古老问题。     

二自由度球面并联机构UP+R静力学分析

采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表明,仅在外力作用下,机构的输入力矩恒等于零,构件上的力随机构位姿的变化比较平缓,仅在外力矩作用下,机构的输入力矩、构件上的力随着机构位姿的变化与机构的特性相关。力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的,并可以分离。研究结果为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础和依据。     

机构中过约束判定的新方法

将前期研究中提出的基于杆组参数矩阵的交集规则及过约束判断方法推广到更为一般的过约束机构。从过约束产生的本质出发,讨论了刚性闭合、通过运动链闭合、通过单个运动副闭合,及其过约束,得到了单环路机构中过约束判断的两个准则。对于较复杂机构,借助“结构流程图”的辅助分析,依据闭合方式,通过分析每个闭合过程中对应的杆组参数矩阵来确定过约束。分析了两个典型机构中的过约束,所得结果与实际一致,证明所提方法的方便性和实用性。     

自适应堵渣机的自调结构设计与实践

分析了堵渣机的功能结构,根据堵渣机所具有的变结构、变自由度及内力封闭的自适应结构特征,对其不同工作阶段的不同功能结构的过约束进行分析,提出了含力封闭高副的多杆变结构及变自由度自适应机械系统的自调结构设计的原则与方法,得出了自适应机械的自调结构既能根据内部误差进行自调,又能根据外部工作条件的变化进行自调的重要结论,实际工程应用实践证明了这一点。机构自调结构具有工程实用价值和巨大的应用前景。     

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。     

制造误差对过约束机构性能影响的研究

针对平面闭链机构为超静定的过约束结构和制造误差的非平面性，将结构力学中处理超静定结构的力分析法与平面连杆机构的动力分析相结合，以构件的扭转变形和弯曲变形为变形协调条件，建立了考虑非运动平面过约束的平面加杆机构动力学分析模型，仿真结果揭示了制造误差对过约束机构性能的影响。     

平面闭链六杆机构的自调结构及允差的研究

分析了串联watt型六杆机构的无过约束结构、自由度配置及在此配置下的自调与允差。结果表明:多回路机构只有按每一回路的零过约束配置设计,才能确保整个机构的无过约束,且每一回路内存在自调构件时,机构较易实现无过约束配置;公共铰链采用V级副时,机构能同时保持平面运动特性;公共铰链的形位误差会直接影响两个回路的平面约束不确定性。     

平面连杆机构的自调及其允差的分析研究

以V－V－Ⅳ-Ⅲ运动副配置的无过约束平面曲柄滑块机构为研究对象，分析了机构自调的机理及其自调时圆柱副中的位移协调规律，根据移动副中的自锁条件导出机构能够实现自调的条件，在此基础上，得到机构能够实现自调的允许误差角，为消除或减小过约束机构结构的采用以及机械的精度设计提供了理论依据。