【摘 要】
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机构创新驱动机械装备的发展,认识机构从自由度开始。自由度发展过程中,形成了运动求交与约束求并两种重要的分析思路,统一两种思路的表示形式有利于提高自由度分析方法的实用性。纵观各种自由度分析方法,对过约束直接进行处理分析机构自由度具有一定难度,而避开过约束将使自由度分析大为简化。但是目前避开过约束的自由度分析方法更注重机构整体,对动平台自由度的求解还存在一定缺陷。因此基于运动求交与约束求并对机构自由度
【基金项目】
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国家自然科学基金(青年基金)“避开过约束的机构自由度理论与方法研究”,项目编号:5190052457;
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机构创新驱动机械装备的发展,认识机构从自由度开始。自由度发展过程中,形成了运动求交与约束求并两种重要的分析思路,统一两种思路的表示形式有利于提高自由度分析方法的实用性。纵观各种自由度分析方法,对过约束直接进行处理分析机构自由度具有一定难度,而避开过约束将使自由度分析大为简化。但是目前避开过约束的自由度分析方法更注重机构整体,对动平台自由度的求解还存在一定缺陷。因此基于运动求交与约束求并对机构自由度进行研究,统一两种思路的表示形式,避开过约束,获得动平台自由度,是当下值得研究的问题。本文首先为运动副速度特征、构件运动空间和构件约束空间建立表示形式,定义运动副参数、分支参数、动平台参数等基本概念。然后基于运动学原理及运动副参数类别,建立运动副参数矩阵变换规则,进而获得分支参数中的方向参数,确定分支冗余自由度,为机构自由度分析奠定基础。基于运动求交对机构自由度展开研究,提出确定转动轴线位置的推论,获得表示分支输出运动空间的分支参数;基于图谱法理论和交空间中向量表示法,建立分支参数的求交规则,直接求出动平台参数,即动平台自由度的符号解,形成机构自由度分析的运动求交方法,该方法从运动的角度分析自由度,避开了过约束。基于约束求并对机构自由度展开研究,分析表示分支输出约束空间的分支约束参数;基于线性变换原理、转动轴线与约束力的位置关系及图谱法理论,建立分支约束参数的求并规则,间接求出动平台参数,形成机构自由度分析的约束求并方法,该方法将过约束视作一般约束,避开对过约束进行特殊处理。对所提出的机构自由度分析方法进行应用研究。一方面,由于大部分可重构分支的非可重构部分的运动副在不同构态下具有相对位姿不变的几何特点,从而为一种分支可重构的并联机构建立简化的自由度分析步骤,降低自由度分析的复杂程度;另一方面,针对串并联机构末端执行器自由度分析的难题,将并联机构动平台参数转化为运动副参数,进而利用运动副参数矩阵变换规则求解末端执行器自由度。
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