少自由度空間耦合機構構型綜合理論與方法研究

《少自由度空間耦合機構構型綜合理論與方法研究》是依託北京工業大學，由劉婧芳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：少自由度空間耦合機構構型綜合理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉婧芳
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

機構構型綜合一直是機構學中的研究熱點，是機械創新的根本所在。空間耦合機構是一類新型複雜多環機構，它的構型綜合缺乏理論指導，嚴重阻礙了這類機構的開發和套用。本項目旨在建立少自由度空間耦合機構構型綜合的理論和方法。第一，以具有期望自由度的對稱並在線上構出發，引入耦合鏈，構建耦合結構的基本模型；第二，對基本耦合結構模型進行解耦，將基礎模型拆分為多條單鏈；第三，以含耦合鏈的單鏈為研究對象，從具有一個未知耦合鏈的獨立鏈開始構建對應未知鏈的基礎約束集，提出疊代法來配置其它未知耦合鏈約束集，直至得到所有耦合鏈的有效基礎約束螺旋系。最後，利用線性組合完成耦合鏈布局，同時構造等自由度非瞬時耦合機構。通過仿真模擬、結果驗證、理論修正或改進，使其形成一套系統的耦合機構構型綜合理論和方法，同時進行典型耦合機構實驗樣機製作。

結題摘要

空間耦合機構是一類新型複雜多環機構，它的構型綜合缺乏理論指導，嚴重阻礙了這類機構的開發和套用。本項目針對不同空間耦合機構結構類型，開展了少自由度空間耦合機構構型綜合的理論和方法研究，主要內容包括： 基於正多面體的對稱性和對偶性，提出了最優對稱軸選取及頂點等效原則，以及以點面等效法配置基本耦合結構框架，進行了基於對稱八桿單環和非對稱八桿單環的複雜多面體耦合機構擴展綜合。套用此方法可以綜合出多種空間可展耦合機構，目前已綜合出含120環的多面體耦合機構。 以並在線上構為基本模組，提出了一般空間耦合機構構型綜合方法，包含耦合結構拓撲拆分和自由度拆分原則。將耦合模型轉化為多個並聯子單元和耦合鏈/串聯鏈的組合，通過配置各子單元的基礎約束和運動集，進行子單元的構型綜合，同時構建總體耦合機構。套用此方法綜合了1-4自由度的空間多環耦合機構序列。 對綜合出的一種單驅動且末端軌跡為平面曲線的空間耦合機構進行了樣機試製與實驗研究。首先對機構進行globalsearch全局最佳化處理，使得末端動平台的運動範圍最大，搭建樣機實驗台，並對位移、速度、加速度進行了數據採集得到實驗曲線。結果表明，雖然樣機由於加工間隙的影響導致有振動，但整體曲線與理論及仿真結果一致。 本項目為空間多環耦合機構的開發和設計提供了理論依據。共發表學術論文10篇，其中SCI收錄2篇，EI收錄7篇，獲授權專利8項。