柔性变胞机构的多稳态性能研究

发布时间：2017-05-13 10:19

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【摘要】：柔性机构是一种利用柔性构件本身的变形来实现运动、力和能量的传递和转换的机构。基于其在结构上没有或者含有少量的刚性构件，减小了运动过程中的间隙、摩擦、磨损及润滑等复杂问题，提高了机构的精度、可靠性，，降低了维护成本，并且大大减少了机构的重量以及加工、安装的时间和费用等优点，具有很高的理论研究价值。 本文首先介绍了柔性机构的相关研究、基本设计方法和应用领域；学习现阶段柔性机构多稳态特性的实现办法之后，提出了一种新的基于柔性变胞机构实现多稳态的方法。然后，设计了一些具有三稳态特性的柔性变胞机构：柔性变胞五杆机构，变胞方式属于几何变胞；基于运动所需外力矩差实现构态变化的柔性变胞机构，变胞方式属于固结变胞；基于滑块带动运动机构实现构态变化的柔性变胞机构，变胞方式属于组合变胞。并对上述变胞机构的构态变化进行了说明。接着将同伦算法的基本理论应用到设计具有多稳态柔性变胞机构的设计中，设计出三个具有三稳态特性的柔性变胞五杆机构。最后，对本文所提出的基于变胞特性实现柔性机构三稳态特性的方法进行了相应的分析与总结，并对未来的工作做出了展望。 柔性多稳态机构可以在没有外力输入的情况下，稳定的停留在多个不同位置，被认为是一类具有特殊用途的柔性机构，可以广泛的应用于多向开关、阀门、瓶塞、继电器、扣子等中。本文所提出的基于柔性变胞机构实现多稳态特性的研究扩充了柔性多稳态特性实现应用的方法库。
【关键词】：柔性变胞机构 三稳态 变胞方式 同伦算法
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 柔性机构概述7-9
• 1.2 柔性机构的设计方法9-11
• 1.2.1 伪刚体模型方法10-11
• 1.2.2 基于连续体的拓扑优化方法11
• 1.3 柔性机构的应用领域11-13
• 1.3.1 微机电系统(MEMS)11-12
• 1.3.2 仿生及医学领域12-13
• 1.3.3 其它13
• 1.4 本文的工作安排13-17
• 1.4.1 课题来源及主要工作13-14
• 1.4.2 论文的工作安排14-17
• 第二章 柔性多稳态机构的设计方法17-25
• 2.1 柔性机构的稳态特性分析17-18
• 2.2 柔性稳态机构的力位移曲线18-20
• 2.3 柔性机构多稳态特性的实现方法20-21
• 2.4 变胞机构21-24
• 2.4.1 变胞目的21-23
• 2.4.2 变胞机构的主要变化特征23
• 2.4.3 变胞机构的变胞方式23-24
• 2.5 小结24-25
• 第三章 柔性变胞五杆机构25-37
• 3.1 柔性变胞机构的相关研究25-26
• 3.2 柔性变胞五杆机构的分析与设计26-32
• 3.2.1 柔性变胞五杆机构的运动学分析26-27
• 3.2.2 机构的动力学分析与研究27-30
• 3.2.3 实例30-31
• 3.2.4 柔性变胞五杆机构的构态变化描述31-32
• 3.3 柔性变胞五杆机构的优化设计32-34
• 3.3.1 选择设计变量32-33
• 3.3.2 参数约束条件描述33
• 3.3.3 优化目标函数的选择33-34
• 3.4 优化所得机构以及其实体加工模型34-35
• 3.4.1 优化结果34-35
• 3.4.2 实体加工模型35
• 3.5 小结35-37
• 第四章 柔性变胞杆件机构37-47
• 4.1 基于运动所需外力矩差实现构态变化的柔性变胞机构37-41
• 4.1.1 构态变化描述37-38
• 4.1.2 实例38-41
• 4.2 滑块带动机构构态变化的柔性变胞机构41-45
• 4.2.1 构态变化描述41-42
• 4.2.2 实例42-45
• 4.3 小结45-47
• 第五章 同伦算法在柔性变胞机构设计中的应用47-65
• 5.1 同伦算法的介绍47-48
• 5.2 同伦方程组的解法48-50
• 5.2.1 离散连续法48-49
• 5.2.2 参数微分法49
• 5.2.3 数值延拓法49-50
• 5.3 同伦算法在设计柔性变胞机构中的应用50-57
• 5.3.1 建立非线性方程组50-51
• 5.3.2 非线性方程组的分析51-52
• 5.3.3 建立初始方程组52-55
• 5.3.4 求解55-57
• 5.4 计算结果57-58
• 5.5 结果验证58-64
• 5.6 总结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 本文工作总结65-66
• 6.2 未来工作展望66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-75
• 发表论文和参加科研情况75-77
• 附录A 同伦方法依据的基本理论77-78

【参考文献】

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本文编号：362298