平面连杆变胞机构构型综合推演方法及应用.doc

平面连杆变胞机构构型综合推演方法及应用变胞机构是一种具有多构态、可重构等特点的新型机构,其基本特征是可通过改变构件数、运动副性质来改变自由度以实现不同功能,满足不同工况的要求。与传统的机构相比,变胞机构为经济性、适应性和效率之间的矛盾提供了很好的解决方案。变胞机构这种特性受到了国内外学者的广泛关注,并成为了现代机构学领域中新的研究热点。本文围绕平面连杆变胞机构拓扑推演构型综合中的变胞机构构态描述、平面运动链同构判定、平面运动链简图自动绘制等基本问题展开研究。同时,对平面变胞机构尺寸优化及动力学特性进行了分析。针对变胞机构构态描述问题,本文采用一种新颖的全息矩阵方法描述变胞机构的拓扑结构及构态变换,矩阵的元素为运动链的构件编号、构件尺寸和运动副属性。其隐含运动链的连杆属性、关节属性、环路等信息。提出了数组代码、关节代码和构件代码并用来表示隐含信息及识别运动链的多元连杆和多元复铰,并建立了具有进化功能的变胞源矩阵。其次,针对运动链型综合过程中出现的同构现象,本文提出了信息比较法和改进哈明数法(IHM)两种行之有效、又能实现计算机自动识别的同构判定方法。并采用一种新颖的关节-关节邻接矩阵方法描述运动链结构,该矩阵在描述含复合铰链的运动链结构时具有唯一性,实现了运动链的结构图与关节-关节邻接矩阵的一一对应关系。针对运动链简图的自动绘制问题,本文提出了一种在矩阵中显示运动链结构简图的平面运动链图形化绘制方法。根据广度优先树算法(BFS)对关节-关节邻接矩阵检索,并绘制出运动链构件与运动副之间的树状图。再根据最少交叉规则,对矩阵的行列号进行变换,转换成图形化邻接矩阵。并提出了一种含有复合铰链运动链的型综合新方法。针对变胞机构构型综合问题,对变胞机构的变胞方式进行了分析。设计了几种单个运动副变胞元的具体结构。扩展到Assur杆组中,其部分运动副设计成变胞元结构变成变胞元杆组,即自由度为1的杆组。然后,介绍了变胞机构型综合方法,并根据砖坯压制机设计要求,综合出一种7杆砖坯压制变胞机构。针对变胞机构的尺度综合问题,以2自由度五杆变胞机构(RRRRP)为对象,建立了变胞机构的多构态目标函数。采用教与学优化算法(TLBO)进行输入参数优化。针对变胞机构构态变换时不可避免的产生冲击与振动问题,本文建立了含柔性关节和赫兹碰撞模型的非线性Lagrange变胞机构动力方程,并制作了试验平台,分析构态变换产生的振动问题。最后,以多自由度变胞手为例,从设计要求出发,运用变胞机构创新设计方法设计了一种多自由度变胞手。根据变胞机构型综合设计规则,从运动链图谱库中优选出合适的运动链转变成机构。并将两个关节的手指机构增加到变胞夹子机构中形成变胞手,制作了实物样机并验证了该理论的可行性。