新型平面—空间变胞机构同构异形体设计方法与应用研究

发布时间：2018-03-30 03:28

本文选题：变胞机构　切入点：同构异形体　出处：《广西大学》2017年硕士论文

【摘要】：新型平面-空间变胞机构不仅可以在运动过程中改变自身拓扑结构,还可以在平面状态和空间状态间灵活转换,完成不同的工作任务,具有较好的工程应用前景,本文以新型平面-空间变胞机构为研究对象,将同构异形体的概念引入到变胞机构学的研究,使变胞机构在保持机构结构不变并改变拓扑的同时,生成多种不同的几何形状,并对其进行设计分析及相关应用研究。本文首先以新型平面-空间多面体变胞机构和新型平面-空间球面体变胞机构为研究对象,用旋量理论计算出该两类变胞机构在各个工作状态下的自由度,并用邻接矩阵清晰地表示出各个工作状态中构件的连接关系,用阿苏尔杆组法对平面-空间变胞机构中的组合单元五杆机构进行型综合,得出最优构型,再根据运动约束条件对该两类平面-空间变胞机构进行尺度综合,确定了各个杆件间的约束关系,得出合理的结构尺寸。其次,以新型平面-空间多面体变胞机构为例,进行运动学和动力学分析。采用旋量法分析了变胞机构中的组合单元五杆机构的正向运动学,得到组合单元五杆机构关键点的位置正解方程及速度方程,采用D-H参数法分析了组合单元五杆机构的逆向运动学,得到组合单元五杆机构关键点的位置逆解方程;对组合单元五杆机构关键点的正解方程及速度方程进行数值仿真分析,得到组合单元五杆机构关键点的位置曲线与速度曲线;对新型平面-空间多面体变胞机构进行运动学虚拟仿真分析,并把数值仿真得出的位置曲线和速度曲线与虚拟仿真做对比,验证了运动学数学模型的正确性。采用拉格朗日法对组合单元五杆机构的动力学数学模型进行建立,并对其做具体的数值仿真分析;将该机构进行动力学虚拟仿真分析,并将虚拟仿曲线与数值仿真曲线做对比,验证了动力学模型的正确性。接着,以多面体变胞机构为例,对其外形演变原理进行分析,并将其演变成多种形状。然后,对多面体变胞机构、球面体变胞机构和锥形变胞机构进行机构分析,得出三类机构自身的运动特性。用旋量法对这三类机构进行位置和速度的对比分析,得到三类机构关键点的位置和速度曲线,并对比出相同点和不同点。对这三类机构进行工作空间对比分析,得到三类机构关键点的工作空间的相同点与不同点,然后,对新型平面-空间变胞机构的构型进行了拓展,为工程构型的合理选择提供参考。最后,设计出新型平面-空间变胞机构的驱动装置,并对其进行应用研究,将其应用到包装机器人、太阳能翻版、深海抓取手、体育馆顶盖、直升机停靠台和装甲车保护壳六个领域,分析了应用在这些领域的优点,同时,设计出对应的虚拟样机模型,并分析了其工程应用的工作原理。新型平面-空间变胞机构同构异形体设计方法与应用研究增添了变胞机构构型的多样性,在解决工程机械结构不变的前提下满足作业形式的多样性的问题上有较好的理论指导意义,推动了变胞机构设计技术的创新,并在一定程度上促进了工程机械更大程度地满足工程作业中的多样化和多层次需求,具有较好的工程应用前景。
[Abstract]:In this paper , the kinematics and dynamics of the five - bar mechanism of the combined unit are analyzed by using the Lagrangian method . It is applied to six fields of packaging robot , solar turn - up , deep - sea grabbing hand , gymnasium top cover , helicopter docking station and armored vehicle protection shell .

【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH112

【参考文献】