新型三自由度可控机构创新设计

发布时间：2017-09-30 10:35

  本文关键词：新型三自由度可控机构创新设计

  更多相关文章： 挖掘机 再生运动链 运动学 奇异性 工作空间

【摘要】：随着科学技术的发展,机构学的研究也发生重大变化,多种学科与机构学交叉、补充、渗透,使得机构学研究范围和内涵在不断扩充。多自由度可控机构是一种新型的广义机构,具有灵活的输出、强承载能力、高精度、运行速度快等特点。国内外学者对可控机构的研究工作已获得了较多的成果,但其成果仍很分散,研究的内容主要是单一可控机构运动学特性,对可控机构型综合的研究较少,而针对工程实际应用的机构构型研究则更为鲜见。 现在的挖掘机主要有两种类型,分别为机械传动式和液压传动式。传统的单自由度机械式挖掘机所能完成的动作单一,许多动作不能实现；液压式挖掘机可以灵活地执行各种工程动作,但又存在液压系统零部件制造精度高、寿命短、漏油等缺陷。将多自由度可控机构应用于挖掘机,则这类可控的挖掘机不仅能克服精度低、功能单一、控制复杂的缺陷,而且具有刚性好、承载能力强、柔性好的特点。由于这类可控机构的型综合研究还较少,本文从可控挖掘机构角度对其展开型综合,为其创新设计提供基础。 针对上述问题,本文主要研究平面多自由度可控机构创新设计的相关理论和方法,并以工程机械中的挖掘机为结合点,针对挖掘机构开展了以下主要工作： 首先,针对已有的机械式可控挖掘机构进行结构分析,将再生运动链法和胚图插点法相结合,对机械式可控挖掘机构进行创新设计。先将原始机构按一般化原则获得一般化运动链,再运用胚图插点法获得98种运动链,确定设计约束,将所得运动链进行特定化,得到65种可行再生运动链方案,接着进行运动链具体化,并去除掉现有机构,获得62种新型可控挖掘机构。 其次,选取62种新可控挖掘机构的一种,建立该新型挖掘机构的数学模型,利用螺旋理论计算机构的自由度,根据闭环矢量法建立该机构矢量方程,求解出机构的运动学正解和运动学逆解,并对该机构的正逆解进行数值分析。 接着,在机构的运动学正解和逆解基础上,得到机构的雅可比矩阵和海森阵,然后将拆分法和模块法相结合分析机构的奇异性,再应用隐函数存在定理,分析机构理论工作空间的边界条件,并借助仿真分析,获得机构的理论工作空间。 最后,建立新型可控挖掘机构的虚拟样机模型,对新型可控挖掘机构进行运动学和动力学仿真,将仿真得到的挖掘轨迹与实际挖掘轨迹进行比较,证明新型可控挖掘机构的可行性。
【关键词】：挖掘机 再生运动链 运动学 奇异性 工作空间
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112;TU621
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题的来源及研究的意义12
• 1.2 机构型综合的研究现状12-14
• 1.2.1 平面机构的型综合现状13
• 1.2.2 空间机构的型综合现状13-14
• 1.3 机构分析的研究概况14-16
• 1.3.1 运动学分析14-15
• 1.3.2 机构奇异位形研究15
• 1.3.3 工作空间分析15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第二章 三自由度可控挖掘机构的型综合17-30
• 2.1 概述17
• 2.2 机构再生运动链法17-18
• 2.3 现有机构分析18
• 2.4 一般化运动链18-19
• 2.5 运动链数综合19-24
• 2.5.1 杆型类配19-20
• 2.5.2 胚图插点20-23
• 2.5.3 运动链转化23-24
• 2.6 机构的特定化24-27
• 2.6.1 确定设计约束24-25
• 2.6.2 运动链特定化25-27
• 2.7 运动链的具体化27-29
• 2.8 本章小结29-30
• 第三章 平面三自由度挖掘机构的位置分析30-48
• 3.1 概述30
• 3.2 自由度计算30-32
• 3.3 机构位置正解分析32-42
• 3.3.1 第一五杆机构33-36
• 3.3.2 第二五杆机构36-39
• 3.3.3 二杆组铲斗机构39-40
• 3.3.4 机构位置正解40-41
• 3.3.5 数值分析41-42
• 3.4 机构位置逆解42-47
• 3.4.1 二杆组铲斗机构42
• 3.4.2 第二五杆机构42-44
• 3.4.3 第一五杆机构44-45
• 3.4.4 机构的运动逆解45-46
• 3.4.5 数值分析46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 奇异性及工作空间48-65
• 4.1 概述48
• 4.2 机构的速度及加速度分析48-53
• 4.2.1 机构的速度分析48-52
• 4.2.2 机构的加速度分析52-53
• 4.3 奇异性分析53-58
• 4.3.1 第一五杆机构的奇异性53-55
• 4.3.2 第二五杆机构的奇异性55-57
• 4.3.3 采用模块法分析57-58
• 4.4 工作空间分析58-64
• 4.4.1 工作空间边界的条件58-63
• 4.4.2 机构工作空间分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 数值仿真分析65-74
• 5.1 概述65
• 5.2 虚拟样机模型65-66
• 5.3 运动学仿真分析66-71
• 5.3.1 运动学正解仿真66-67
• 5.3.2 运动学逆解仿真67-71
• 5.4 动力学仿真分析71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间科研情况83-84

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8 颜鸿森;颜氏创造性机构设计（一）设计方法[J];机械设计;1995年10期

9 张美麟;按功能要求自动生成机构结构类型的方法探讨[J];矿山机械;2000年07期

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3 马履中;谢俊;陈瑞芳;;两自由度五连杆可控机构分析[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

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5 李辉;张策;宋轶民;;混合驱动七杆压力机的动力学建模[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年

6 李辉;张策;宋轶民;;混合驱动压力机滑块运动规律的设计[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年

7 单信海;王杰;;侧弹踢下肢运动链各关节点的速度特征研究[A];第七届全国体育科学大会论文摘要汇编（二）[C];2004年

8 王玉新;邱明旭;蹇军;;面向对象的机构创新设计计算机化系统[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年

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1 潘宇晨;多自由度可控机构式新型工程机械设计理论与方法研究[D];广西大学;2013年

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