具有变胞功能的新型人力驱动甘蔗装载机构设计与研究

摘要

甘蔗装载机是甘蔗生产及加工过程中的一种重要机械,在甘蔗生产中,甘蔗收割后的装车运输是一项劳动强度大且工作条件十分艰苦的工作。广西是国内最大的甘蔗种植地以及蔗糖生产基地,广西地区地貌复杂,丘陵环绕,蔗农多将甘蔗种植在丘陵,每户的甘蔗产量低,传统大型柴油动力的液压驱动式甘蔗装载机难以推广。
　　变胞机构是一类具有多阶段性功能变化、多拓扑结构变化、多自由度变化的新型机构,尤其适应于不同工作阶段完成不同工作任务等要求,由于其具有自适应性和可重构性等优点,这一概念自提出以来,一直是国内外机构学界的研究热点,有关研究工作及成果多集中在理论研究,可供工程实际应用的具体机构构型研究较少。
　　针对以上所述各问题,本文将多自由度可控机构理论及变胞机构理论引入甘蔗装载机设计过程,研究面向任务的变胞机构创新设计方法,对人力驱动式甘蔗装载机进行创新设计,展开了以下工作:
　　(1)面向具体任务,应用多自由度可控机构理论,设计出一种人力驱动甘蔗装载机,运用运动链再生法和胚图插点法相结合的方法对完成设计的甘蔗装载机构进行创新设计,得到51种人力驱动甘蔗装载机的新构型,为机构选型及后续设计工作提供基础。
　　(2)面向任务,应用变胞机构理论,设计出一种具有变胞功能的人力驱动甘蔗装载机,运用邻接矩阵和拓扑图描述各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,再根据变胞机构基因建模理论,对各自工作阶段构型单元进行进化计算,得到变胞源机构基因模型,进而分析该机构变胞进化生长过程,以及不同工作阶段构态演化特点,为进一步的设计和分析工作提供基础。
　　(3)对所设计的人力驱动甘蔗装载机建立了运动学模型,运用闭环矢量法建立约束方程,求解机构运动学正、逆解,然后通过虚拟样机模型进行运动学仿真,再用数学模型与仿真结果综合分析人力驱动甘蔗装载机的运动规律。
　　(4)对所设计的具有变胞功能的人力驱动甘蔗装载机建立了运动学模型,运用Huston低序体阵列与齐次变换矩阵结合的方法进行了运动学求解,针对具有变胞功能的可控机构的特性,以及该机构闭环运动链的特点,建立各构件的低序体阵列,再参照低序体阵列推导出相邻构态下执行机构杆件的齐次变换矩阵,推导出机构的运动学模型,然后通过虚拟样机模型对各构态进行运动学仿真分析,通过数学模型与仿真结果综合分析变胞人力驱动甘蔗装载机的运动规律。

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第一章 绪论

1.1 课题来源及提出

1.2 平面机构型综合研究现状

1.3 变胞机构研究现状

1.4 本文研究的意义及内容

第二章 面向任务的机构设计与型综合

2.1 引言

2.2 人力驱动甘蔗装载机的创新设计

2.3 甘蔗装载机的型综合

2.4 本章小结

第三章 具有变胞功能的人力驱动甘蔗装载机设计与构态进化分析

3.1 引言

3.2 具有变胞功能的人力驱动甘蔗装载机创新设计

3.3 机构的拓扑结构分析

3.4 基因建模与变胞过程分析

3.5 本章小结

第四章 人力驱动甘蔗装载机的运动学建模与仿真

4.1 引言

4.2 位置分析

4.3 速度分析

4.4 加速度分析

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第五章 具有变胞功能的人力驱动甘蔗装载机的运动学建模与仿真

5.1 引言

5.2 运动学建模

5.3 仿真分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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