多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性研究

发布时间：2017-08-01 16:40

  本文关键词：多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性研究

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【摘要】：如今平面与空间机构已经运用到了医疗器械、工业机器人、航天等各个方面,而机构这些方面应用往往平面与空间机构的运动分析有这密切的联系,平面与空间连杆机构的可动性问题是平面与空间连杆机构运动分析中的难点。虽然平面与空间连杆机构运动学的问题已经有了一定程度的研究,提出了各种不同的数学建模方式来解决,但其几乎所有的解决方法只针对特定或者少部分空间与平面连杆的机构的运动学分析问题,而还未形成一套简单且统一的解决问题的办法。因此,本文基于前人的研究成果针对多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性研究提出了一套较为完整的分析方法。本文主要研究内容如下:(1)提出一套较为完整的多环平面连杆机构的可动性分析方法。基于N-bar旋转定理、机构关节旋转空间等概念,在平面四杆机构特性的研究上,通过对二自由度五杆、七杆与Stephenson六杆等一系列的连杆机构的分析验证,归纳了一些连杆机构的完全旋转性准则,并采用图像识别的办法,解决了多环平面连杆机构的分支与子分支的问题。(2)解决了复杂平面机构的奇异性问题。根据机构的运动瞬心能代表机构的运动特性的特点,以平面四杆机构的死点机构特性为基础,尝试提出了等效四杆的研究方法,解决了单自由度平面连杆机构的死点问题,并在此研究的基础上,结合机构自由度退化的观点,解决了多自由度多环复杂连杆机构的奇异性问题,同时在Stephenson六杆、二自由度七杆、三自由度八杆机构的死点构型上进行验证,证实了该方法的可行性。(3)球面六杆机构的可动性分析。球面六杆机构相当于是平面六杆机构各个杆件均弯曲覆盖到同一个球体表面,其各个杆件端点到球心的距离都相等。根据球面六杆机构结构上与平面六杆机构的相似性,应用了多环平面连杆机构可动性分析的研究办法,解决了球面六杆机构的可动性问题。综上所述,本研究尝试建立了一套针对多环平面连杆机构与球面六杆机构可动性的分析方法,这一方法能够解释、判断、预测和识别多环平面连杆机构与球面六杆机构的可动性,其中包括机构运动的连续性(分支,装配方式或回路)、平滑性(子分支或无奇异点的构形空间)、完全旋转(或曲柄条件)、机构奇异性、运动范围和运动顺序等问题。
【关键词】：平面连杆机构 球面六杆机构 奇异性 分支 N-bar旋转定理
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状分析10-12
• 1.3 本文主要内容和结构12-15
• 1.3.1 论文研究的主要内容和方法12-13
• 1.3.2 本文主要结构13-15
• 第2章 平面连杆机构的可动性15-27
• 2.1 机构可动性的定义15
• 2.2 Grashof定理15-16
• 2.3 N-bar旋转定理16-18
• 2.3.1 曲柄存在定理17
• 2.3.2 N-bar 机构分类17-18
• 2.4 关节旋转空间18-19
• 2.5 单自由度平面连杆机构19-26
• 2.5.1 环方程的建立19-23
• 2.5.2 分支分析23-24
• 2.5.3 子分支分析24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 运用等效四杆解决单自由度复杂连杆机构的奇异性问题27-35
• 3.1 引言27
• 3.2 等效四杆27-28
• 3.3 等效四杆的组成28-29
• 3.4 等效四杆的应用29-32
• 3.4.1 死点准则29-30
• 3.4.2 Stephenson II型连杆机构的死点位置30-31
• 3.4.3 单自由度八杆双蝶机构的死点位置31-32
• 3.5 数学证明32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 多自由度平面机构分支研究35-46
• 4.1 二自由度五杆机构的可动性35-39
• 4.1.1 曲柄存在条件35-36
• 4.1.2 二自由度五杆机构的分支36-39
• 4.2 二自由七杆机构的可动性39-45
• 4.2.1 环方程的建立39-41
• 4.2.2 分支分析41-42
• 4.2.3 子分支识别42-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第5章 复杂多自由度平面机构的奇异性46-61
• 5.1 单自由度复杂平面连杆机构奇异性分析46-49
• 5.1.1 仅含有旋转关节的单自由度复杂平面机构46-47
• 5.1.2 含有移动铰链的复杂平面连杆机构47-49
• 5.2 二自由度复杂连杆机构奇异性分析49-53
• 5.2.1 仅包含旋转关节的平面二自由度七杆机构49-52
• 5.2.2 包含移动关节的二自由度七杆机构52
• 5.2.3 另两种拓扑形的平面二自由度七杆机构52-53
• 5.3 三自由度复杂平面机构奇异性53-57
• 5.3.1 仅包含旋转关节的三自由度八杆机构53-57
• 5.3.2 包含移动关节的平面三自由度八杆机构57
• 5.4 N自由度N杆机构的奇异性57-58
• 5.5 数学证明58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第6章 球面六杆机构可动性61-69
• 6.1 引言61
• 6.2 球面六杆的运动链61-63
• 6.2.1 环方程的建立61-62
• 6.2.2 球面六杆机构的输入输出方程62-63
• 6.3 球面环的关节旋转空间63-64
• 6.4 分支分析64-68
• 6.5 本章小结68-69
• 第7章 期望与总结69-71
• 7.1 全文总结69
• 7.2 工作展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 附录 1：攻读硕士学位期间发表学术论文目录与专利情况75-77
• 附录 2：攻读硕士学位期间获奖情况77

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本文编号：605219