基於螺旋理論的多環耦合機構的自由度原理研究

《基於螺旋理論的多環耦合機構的自由度原理研究》是依託北京工業大學，由劉婧芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於螺旋理論的多環耦合機構的自由度原理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉婧芳
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

機構自由度分析是機構結構學中的首要研究，是運動和動力分析的基礎。多環耦合機構是新型的一類複雜機構，它的自由度分析缺乏系統的理論指導。本項研究旨在開拓空間多環耦合機構自由度研究的新方向，通過對關鍵問題展開深入研究，對現有的基於反螺旋的自由度理論進行創新和發展，從而建立系統的多環耦合機構的自由度原理。首先，對此類機構進行結構分析，採用機構分解或機構轉換的思想，將多環耦合機構轉換為多個簡單單元體或並在線上構來分析，建立耦合特性分析的理論依據；其次，基於螺旋理論對各單元體或分支進行運動和約束分析，建立過約束的數學描述；然後，採用幾何分析法探討輸出件的自由度，並由此對原有的自由度公式進行修訂或驗證，確立確實可行的自由度計算公式。最後，再套用新建立的理論和公式，對多種不同多環耦合機構的自由度開展研究，通過仿真模擬，進行結果驗證、並不斷總結完善，使其形成一套系統的多環耦合機構的自由度分析原理。

結題摘要

機構自由度分析是機構結構學中的首要研究。作為新型的一類混聯式機構，多環耦合機構的結構複雜性和耦合性決定了不能直接套用現有的方法來對其進行自由度計算，探索多環耦合機構的自由度方法成為了一個新的難題。本項目從最關鍵的耦合特性和約束分析出發，提出一種基於螺旋理論的多環耦合機構的自由度求解方法，並針對不同類型的耦合機構的分別開展了自由度研究。對多環耦合機構開展耦合特性分析。根據節點類型不同，提出三種基礎耦合模型。並根據其運動特性，受電學中基爾霍夫定律的啟發，提出類似的運動分流標記法及標記原則，並擴展套用於多環耦合機構，建立了耦合機構的結構解耦法。套用此解耦方法可以將任意多環耦合機構分解為多個具有獨立運動的結構。基於螺旋理論進行運動約束分析，提出多環耦合機構的等效方法。該等效方法對節點從機架開始進行分級，以逐級級節點為研究對象，依次對其進行運動約束分析，基於廣義運動鏈疊代替換的方法，將每一個獨立運動鏈結構等效為一個單鏈，從而將多環耦合機構等效轉化為普通並在線上構，即可用我們之前的自由度方法來計算等效並在線上構的自由度。此等效方法不僅有助於正確求得約束，而且大大簡化了分析過程。套用新方法分別對多種典型多環耦合機構自由度開展了深入研究，並通過Solidworks仿真建模、原型對比等方法，表明新方法具有有效性。同時，這些典型機構代表了現有多環耦合機構的基本類型，研究結果進一步表明了新方法對多環耦合機構的適用性。本項研究是對現有的基於螺旋理論的自由度原理的發展和創新，可為多環耦合機構的構型綜合及設計開發提供重要的理論意義和實用價值。發表學術論文7篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄5篇。