运动链型综合的基本回路方法及混合驱动机构构型设计

摘要

机构创新设计在很大程度上决定了机械产品的创新性，机构的创新设计所要解决的主要问题即为运动链拓扑结构学的研究，所以运动链型综合研究在机构创新设计中占用十分重要的地位。寻求一种计算机自动实现构型创新设计的理论和方法一直以来都是机构创新设计的研究热点。现阶段还没有完全实现机构创新设计的自动化。
　　本文以实现运动链型综合的自动化设计为研究目标，根据类型综合创新方法，首先从已有的运动链图谱中，选择满足设计要求的可行运动链；其次根据需要对机架进行合理的变换，选取合适的构件为驱动件；最后得到满足设计要求的混合驱动机构的机构构型。本文主要内容包括以下几个方面：
　　基于图论，建立了运动链构件、运动副以及各个基本独立回路之间关系的基本回路方法；提出了运动链基本回路矩阵的表达方法；确定了基本回路矩阵之间的运算法则及运算的基本性质。运动链基本回路分析方法，为后续章节的运动链同构识别、刚性子链识别及消除、驱动件的选取及机架变换分析方法提供了分析计算基础。
　　根据运动链基本回路方法，建立了运动链基本回路类型集，将复杂图形的运动链分解为相对独立简单的基本子图。通过对简单子图的同构识别，实现了运动链的同构识别。
　　通过分析基本回路与其他回路之间的关系，提出了运动链刚性子链的判断方法。通过运动链基本回路矩阵间的运算，实现了运动链刚性子链的识别和消除。对运动链的同构识别和刚性子链的识别与消除的计算过程进行编程，实现了计算机的自动化。
　　通过分析运动链的运动规律，提出了多自由度运动链驱动件的选取方法。数学方法验证了此方法的正确性。基于运动链基本回路矩阵，进行了多自由度运动链驱动件选取过程的数值分析计算。计算编程实现了运动链驱动件的自动选取。
　　运动链向机构演化时，选择不同的构件为机架时会产生相同的构型即产生机构同构问题。提出了机构同构识别的方法。结合驱动件的选取方法，确定了当驱动件为连架杆时，机构的确定方法。利用运动链基本回路方法，实现了当驱动件为连架杆时，确定满足条件的机构的计算过程。计算机编程实现了运动链取不同机架、驱动件为连架杆时，机构的自动确定。为实现机构型综合的自动化研究奠定了基础。
　　对二自由度、三自由度十杆以内的部分运动链进行了分析，确定了驱动件为连架杆的机构，得到了可作为多自由度混合驱动机构的构型，对其中一种混合驱动机构的驱动能力进行了分析，为多自由度混合驱动机构的研究奠定基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 运动链型综合的研究进展

1.3 混合驱动机构的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

1.5 本章小结

2 运动链基本回路理论

2.1图的基本理论

2.2 运动链的表示方法

2.3 运动链基本回路的性质

2.4 运动链基本回路的矩阵表示方法

2.5 运动链基本回路矩阵的运算及运算的基本法则

2.6 本章小结

3 运动链的同构识别及刚性子链的识别及消除

3.1 运动链的同构

3.2 运动链基本回路类型集

3.3 运动链同构的识别

3.4 运动链同构的自动识别

3.5 刚性子链的识别及消除

3.6 本章小结

4 运动链驱动件的选取

4.1 驱动件选取的重要性

4.2 运动链的运动特点

4.3 运动链驱动件的选取方法

4.4 运动链驱动件选取方法的证明

4.5 驱动件选取过程的数值计算

4.6 驱动件选取过程的自动化

4.7 本章小结

5机架变换及机构的确定

5.1 机构同构体的识别

5.2 驱动件的类型及机架的选择

5.3 驱动件为连架杆时机构的确定

5.4 驱动件为连架杆时机构确定的分析计算过程

5.5 驱动件为连架杆时机构的自动确定

5.6 本章小结

6混合驱动机构构型的确定

6.1 混合驱动二自由度七杆机构

6.2 混合驱动二自由度九杆机构

6.3 混合驱动三自由度八杆机构

6.4 混合驱动三自由度十杆机构

6.5 机构曲柄存在条件

6.6 应用实例

6.7 本章小结

7总结与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢