可变自由度广义连杆机构的分析与综合

摘要

本课题提出一种典型的可变自由度广义连杆机构，并对其进行了综合研究，机构可自适应物体的特征，包括物体的形状、尺寸和重量，避免了传统可调机构实现多任务切换时的“外部调节”，也可应用于物体的分送和分选，把具有不同特征的物体送到不同的位置，一方面进行分送，另一方面完成不同的运送任务，具有更高柔性、可靠性和自动化程度。　　在这类基于自适应与多任务的可变自由度机构的综合方面，本文对其进行了函数再现综合，使此可变自由度广义连杆机构输入杆与输出杆对应转角满足一定的函数关系，建立其综合数学模型并用数学工具Mathematica进行求解，求得满足运动要求的机构各杆长及初始角度并用AutodeskInventor对机构进行了建模、仿真及检验，证实机构确实满足预定要求。本文还对此可变自由度广义连杆机构进行了被运送物体的圆心轨迹再现综合，建立了输入杆转角与被运送物体圆心位置满足对应关系的数学模型，同样的，进行了求解、仿真及验算。　　最后，由于这类基于自适应与多任务的可变自由度广义连杆机构要求状态维持器、物体特征约束器和物体特征作用使机构改变和保持相对结构状态，需要用两个扭转弹簧来维持运动所必需的力矩。此外，扭转弹簧需要满足一定的刚度范围，才能实现变自由度机构的预定运动要求。所以在综合中不仅要考虑运动综合，还要考虑支持物体载荷和几何条件的综合。本文利用静力学原理，取不同的分离体作为分析对象，分析了机构自由状态及自适应状态，得到了满足运动要求的两个扭力弹簧的刚度表达式，刚度表达式含机构尺寸、各位置的角度参数，物体的重力以及输入驱动力矩。

目录

文摘

英文文摘

1前言

1.1课题来源目的和意义

1.2现代机构学与研究动态

1.2.1机构学基本内容和广义机构的提出

1.2.2综合模型的建立与求解

1.2.3多项式方程组的解法

1.3论文的主要内容

2可变自由度广义机构

2.1可变自由度机构的研究现状

2.2可变自由度广义机构的形成

2.3可变自由度广义机构自由度的改变方法

2.4可变自由度广义机构的功能和应用

3可变自由度广义连杆机构的函数综合

3.1引言

3.2可变自由度广义连杆机构

3.2.1机构自由度及结构的变换

3.2.2变自由度广义连杆机构多任务的实现

3.3可变自由度机构的函数综合

3.3.1机构实现两连架杆对应转角的运动规律

3.3.2数字实例

3.4用Inventor来进行机构的验算与运动仿真

3.4.1连杆机构的建模

3.4.2连杆机构的装配

3.4.3连杆机构的运动仿真及角度验算

3.5本章小结

4可变自由度广义连杆机构的轨迹综合

4.1引言

4.2机构实现输入杆转角与物体圆心位置的对应关系

4.2.1左边回路综合方程组及求解

4.2.2右边回路综合方程组及求解

4.2.3数字实例

4.3用Inventor来进行机构的验算与运动仿真

4.4本章小结

5平面连杆机构的静力学分析

5.1引言

5.2连杆机构中的约束与约束反力

5.3力分析的步骤和应注意的问题

5.3.1力分析的步骤

5.3.2力分析时应注意的问题

5.4变自由度机构的力分析

5.4.1机构空载时的力分析

5.4.2机构有载时的力分析

5.4.3扭力弹簧简介

5.4.4扭力弹簧的设计

5.4.5数字实例

5.5本章小结

6结论和进一步的工作

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢