基于杆组法的机构型综合与运动学分析系统研究

发布时间：2020-03-20 22:22

【摘要】：本文论述了机构学研究现状，重点探讨了全铰链N杆组的机构型综合，提出了一种杆组的拓扑图绘制方法；提出变胞元杆组概念、基于基本杆组和变胞元杆组的变胞机构设计理论；对基本4杆组和变胞元4杆组进行包含移动副的构型综合分析；探讨高级别杆组的非线性方程组解法，实验论证了4杆组构型综合理论，，研制完成基于杆组法构建的机构运动学分析软件。（1）在已有研究的基础上，本文首先计算分析并推导出杆组的特征值，提出了一种杆组拓扑图的绘制原则。基于有限的杆组特征值组合，采用拓扑图法对1环以内、不包含5元以上构件的2至10杆组进行了构型综合，列表给出了这些全铰链杆组的拓扑图和结构图。通过对比杆组特征值和杆组结构图谱，可快速准确地判别结构复杂机构的级别，利于后续采用杆组模块化运动学分析求解。提出了杆组构型的数组表示法，并列出了构型表，实现了杆组的数字化表示。通过实例分析了上述理论方法的正确性。（2）提出杆组构型综合的实用可动型理论，对4A杆组和4B杆组提出了一种新的、直观的命名方法，通过杆组名称可直观地获得杆组结构构型。基于实用可动型进一步分析和论证4A杆组有16种、4B杆组有21种构型综合。结合目前变胞机构的研究热点，提出变胞元杆组的概念，提出基于基本杆组和变胞元杆组的变胞机构设计方法、变胞方式等理论，举例分析了变胞元杆组的蜕化和衍生原理，分析确定变胞元4A杆组、变胞元4B杆组构型综合分别为66种和70种，并列表给出其结构图。以上研究为机构学的理论拓展和变胞机构的设计、开发应用提供了可行的理论方法和详实的图表数据。（3）完成了基于杆组法构建的机构运动学分析系统的设计与实现，阐述系统整体设计思路，以及关键技术，如4杆组的非线性方程组解法、所有2，4杆组的归一化求解实现、含附加杆的机构组建、杆组或构件不同联入方式的信息处理、多自由度机构仿真预运行、提出高级别杆组可行域的概念、利用机构初始构态信息作为迭代初值去求解位移模块，较好地解决了非线性方程组求解对迭代初值的依赖性等。基于杆组法构建的机构运动学分析系统，从仿真实验的角度论证了4杆组基于实用可动性的构型综合结论的正确性，同时为广大机构学者提供了一款能快速建模、运动学分析和信息显示输出的便捷工具软件。（4）最后结合作者创新设计的斗牛士健身车、救援变形金刚等作品，运用杆组法进行结构分析，使用该软件进行机构运动学分析，实验表明，该系统容错性强、分析计算快速准确，具有较好的实用价值。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH112

【引证文献】