基于构件元的平面连杆机构运动分析自动建模方法

分析了封闭环矢量运动分析法,提出了3个构件元概念:构件矢量元、雅可比元和雅可比速度元.由于构件元只与构件本身形态有关,可以非常方便地结合到构件的绘图程序中,通过引入有效因子,也可以很方便地组合成整个机构的雅可比矩阵和雅可比速度矩阵,从而得到了一种运动分析自动建模新方法.讨论了复杂平面机构封闭环的通用分析方法和利用构件元自动建模与运动分析的步骤.编程实验及实际程序测试表明,本方法具有极强的模块性,对复杂机构计算机自动求解的编程非常适用.     

含双平行四边形结构支链的SCARA并联机构研究

提出了一种含双平行四边形结构支链的新型SCARA并联机构,其包括4条相同支链,具有结构紧凑、承载力和刚度高的优点。首先,基于李群理论对机构的拓扑结构及其自由度进行阐述。其次,构建闭环矢量方程,推导出位置正/逆解,并通过2个数值算例验证位置解的正确性。通过对闭环矢量方程关于时间求导,得到机构的雅可比矩阵,由此建立输入角速度与末端输出速度之间、输入角加速度与末端输出加速度之间的映射关系,并对其进行数值仿真分析。然后,基于位置逆解,运用极限边界搜索法求解机构的工作空间,并绘制相应图谱加以分析。为明确机构动平台的转动性能,进一步研究不同工作平面下的动平台最大、最小转动角的空间分布图谱。在此基础上,借助特征因子构造量纲齐次雅可比矩阵,并利用条件数和可操作度两种方法分析机构的运动传递性能。基于直接和间接雅可比矩阵进一步对机构的3类奇异位置进行分析,明确奇异发生的条件。最后,借助Matlab与ADAMS软件开展仿真实验,验证了理论分析和设计结果的正确性与可行性。     

拖拉机常用行星轮系循中环功率之快速判断

本文将行星机构的基本构件区分为大力矩构件和小力矩构件,在分析这两种构件运动和受力性质的基础上,提出了判断拖拉机常用行星轮系中循环功率的规则。运用这些规则,可以根据传动简图立即指出轮系中是否存在循环功率。 文中还提供了一种分析任何行星轮系功率流的方法。     

基于码值矩阵的移栽用周转轮系功能图自动生成

针对利用图论进行移栽用周转轮系综合过程中,依靠经验实现轮系的双色拓扑图到功能图的转换,容易出现可行轮系结构遗漏的问题,提出一种基于码值矩阵(CVM)的周转轮系功能图(FSE)的自动生成方法,实现轮系拓扑图到功能图的系统化转换。根据轮系功能图的结构特征,制定轮系的基本图形符号,并完成编码(码值图);在用邻接矩阵描述构件间的运动约束关系的基础上,提取轮系基本环,完成码值矩阵描述,并获取3类基本环功能图(FSF);在各基本环功能图随机组合的基础上,利用基本环连接与简化原则实现各个基本环功能图的自动匹配,建立系统化的周转轮系的功能图谱。最后,以轮系式玉米钵苗移栽机构为例,研究传动轮系功能图的自动生成,完成移栽机构构型综合、结构设计与轨迹测试,将优化软件输出的仿真轨迹与通过高速摄影描绘的轨迹进行对比,两者基本一致,验证了从拓扑图到功能图生成方法的可行性。     

6_PUS并联机构奇异判据推导与奇异性分析

根据6_PUS并联机构的力螺旋平衡方程,采用支链力分解方法推导了该机构的力雅可比矩阵,进而得到其运动雅可比矩阵.由运动雅可比矩阵得到了6_PUS并联机构发生奇异的条件,并以奇异条件为基础归纳了该机构二类奇异的几何特征.为了便于在全工作空间中研究机构的奇异位姿,提出了一种更能反映机构运行需求的奇异域概念,作为研究机构奇异位姿和避免奇异的基础,建立了奇异域的数学表达式.通过仿真研究获得了6_PUS并联机构在全工作空间内2类奇异域的分布,提出了避免机构进入奇异域和发生奇异的方法,为该机构的设计提供了参考.     

5—CS空间刚体导引机构缺陷判定

提出了一种能实现空间刚体导引的5-CS空间并联机构,并给出了综合该类机构时运动缺陷的判定方法。首先使用旋量理论推导5-CS机构完整雅可比矩阵的计算公式,并计算机构在给定位置的雅可比矩阵行列式的值,如果各位置的雅可比矩阵行列式值的符号发生变化则机构存在缺陷,如果没有发生变化则应用牛顿迭代法对各给定位置区间进行机构的位置正解分析,以确定在区间内是否存在分支缺陷和回路缺陷。运动缺陷判定过程中会对机构在给定的位置区间内运动过程中完整雅可比矩阵的变化情况进行分析,如果存在完整雅可比矩阵行列式为零的位置(即奇异位形),则机构存在分支缺陷,如果给定位置在不同回路中,则机构存在回路缺陷。运动缺陷判定是机构综合能顺利进行的方法基础。本文还提出了双驱动控制方法以解决机构的分支缺陷问题。最后举例说明了5-CS机构的运动缺陷判定过程。     

混合驱动平面二自由度五杆机构运动性能分析

对混合驱动二自由度平面五杆机构基于输入输出速度的雅可比矩阵进行了解析推导；在此基础上，分析了机构奇异位形条件。通过雅可比矩阵的条件数，分析机构输出运动的灵巧性。并基于上述方法给出算例的仿真结果。为提高混合驱动平面二自由度五杆机构的控制性能、优化机构设计提供理论依据。     

4-RRR冗余并联机器人驱动力优化

为了在机构中实施内力控制,提出了一种基于功率优化的驱动力分配策略。首先,提出一种冗余平面并联机器人运动学和动力学分析的方法。用螺旋理论推导了机构雅可比矩阵,基于牛顿-欧拉公式计算主元点的惯性力螺旋,用虚功原理构建动力学公式。然后,基于力优化,分别分析了4-RRR机构和3-RRR机构的驱动力,比较结果表明4-RRR的驱动力峰值有所下降。最后,基于功率优化,对4-RRR的内力和驱动力进行优化,得到了机构内力和驱动力的变化规律。     

空间3-PUS-UP并联机构运动灵巧性与刚度性能研究

以含中间支链的3自由度3-PUS-UP并联机构为研究对象,充分考虑驱动支链、串联约束支链及末端平台伴随运动的影响,利用封闭矢量法求解位置逆解,建立并联驱动部分的雅可比矩阵;采用D-H法建立中间UP串联约束支链的雅可比矩阵。结合驱动方程和约束方程的关系,构建了3-PUS-UP并联机构完整的雅可比矩阵,建立该机构的运动学模型,通过仿真验证了雅可比矩阵的正确性;引入运动灵巧性和机构刚度性能指标,并绘制运动灵巧性和机构刚度在工作空间中的分布图谱,研究机构的运动灵巧性和机构刚度在整个工作空间的分布情况,建立了该机构基于运动学灵巧性的最优工作区域。研究表明,该3-PUS-UP并联机构具有良好的运动灵巧性与刚度性能。     

Dynamics Analysis and Simulation of 6- PSS Flexible Parallel Robot

为了提高风洞试验的安全性,对风洞试验用6-PSS并联机构进行柔性动力学分析.首先,对机构进行运动学分析,得到机构的运动学逆解,利用一阶影响系数法,推导出机构雅可比矩阵.其次,在拉格朗日方程基础上,采用一种合理简化模型动力学建模方法,给出机构动力学方程.提出一种简单实用的柔性动力学建模方法,运用ADAMS软件建立机构的柔性动力学模型,进行并联机构的柔性动力学仿真.对比刚体动力学和柔性动力学曲线,验证了柔性动力学仿真的正确性.最后,分析柔性动力学中驱动力和柔性变形等数据曲线,总结出并联机构柔性状态下动力学特征.     

联合收割机割刀行星齿轮传动机构设计

通过行星齿轮传动机构和曲柄连杆、摆环传动机构的优缺点对比,针对曲柄迮杆、摆环传动机构使刀杆受到侧向的分力,容易导致刀杆断裂和故障率高等缺点,建立行星齿轮机构输出端运动方程,并进行运动分析.得到了割刀实现往复直线运动的条件.根据这个条件和实际情况,设计了东方红4LZ-2.5联合收割机的行星齿轮传动机构,经接触疲劳强度和弯曲疲劳强度校核,该传动机构安全可靠.为联合收割机传动机构的改进提供可行方案.     

封闭行星齿轮传动中的齿轮接触非线性分析

针对封闭行星齿轮在传动过程中常常发生的轮齿折断、齿面损伤、塑性变形等原因引发生产事故的问题,本文在齿轮设计理论计算后,使用ANSYS分析软件进一步分析其在接触状态下的具体变形部位和应力大小,验证其结构强度和可靠性,并与理论结果对比验证软件分析的正确性.     

封闭式周转轮系功率流的简易算法

对封闭式周转轮系功率流提出了一种极为简易的算法,只需根据轮系的相对速比和绝对速比的符号即可确定有无功率倒流。且仅通过改变定轴轮系的外啮合次数或改变齿数即可避免功率倒流,算法的推导简明,结论简捷,避免了通过繁琐的轮系传动比计算来确定机构有无功率倒流。对设计封闭式周转轮系的结构方便实用。     

基于遗传算法的三臂轮系式栽植机构多位姿运动综合

为进一步提高蔬菜穴盘苗高速自动移栽机的栽植效率,提出了三臂轮系式栽植机构,并基于遗传算法对其进行了近似多位姿运动综合设计。首先,以理想栽植轨迹上关键位姿（位置与姿态）数据为约束,由杆长不变条件建立轮系式栽植机构简化模型（平面RR机构）近似多位姿运动综合优化模型,并利用Matlab遗传算法工具箱求解获得机构最优结构参数;然后,由平面RR机构两转动副的运动参数计算轮系机构总传动比并分配,从而实现轮系式栽植机构的设计。最后,对三臂轮系式栽植机构进行了结构设计、仿真分析和试验验证,结果表明：机构实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;栽植频率120株/(min·行)、理论株距为300mm时,栽植成功率96.7%,〖JP3〗实际株距均值298mm,平均穴口宽度70mm,满足高速移栽要求,验证了所提出方法的正确性和三臂轮系式栽植机构的实用性。     

基于遗传算法的三臂轮系式栽植机构多位姿运动综合

为进一步提高蔬菜穴盘苗高速自动移栽机的栽植效率,提出了三臂轮系式栽植机构,并基于遗传算法对其进行了近似多位姿运动综合设计。首先,以理想栽植轨迹上关键位姿(位置与姿态)数据为约束,由杆长不变条件建立轮系式栽植机构简化模型(平面RR机构)近似多位姿运动综合优化模型,并利用Matlab遗传算法工具箱求解获得机构最优结构参数;然后,由平面RR机构两转动副的运动参数计算轮系机构总传动比并分配,从而实现轮系式栽植机构的设计。最后,对三臂轮系式栽植机构进行了结构设计、仿真分析和试验验证,结果表明：机构实际运动轨迹姿态与理论设计基本一致;栽植频率120株/(min·行)、理论株距为300 mm时,栽植成功率96.7%,实际株距均值298 mm,平均穴口宽度70 mm,满足高速移栽要求,验证了所提出方法的正确性和三臂轮系式栽植机构的实用性。     

基于矩阵的行星齿轮机构基本型研究

基于矩阵方法对行星齿轮机构中行星轮的运动和联结特性进行分析,依据行星齿轮机构组合的规律,提出了机构型式转化为两种基本型式—单行星轮和双行星轮机构形成的组合机构的方法,对nK-H型行星齿轮机构的基本型式作出了新解。并介绍了使用简单划一的方法求解复杂机构传动问题的步骤,建立了新的研究思路。     

行星飞轮式滚珠丝杠惯容器设计与特性分析

为提高滚珠丝杠型惯容器的惯容系数与飞轮质量之比(惯-质比),提出了行星飞轮式滚珠丝杠惯容器设计方案。建立了惯容器力学模型,研究了惯容器各结构参数对飞轮惯-质比的影响规律,通过增加行星轮数量或厚度、减小销轴半径等提高行星轮自转惯量占飞轮总惯量比重的方法,有效提高了惯-质比;根据行星轮数量、厚度和销轴半径,计算得到最优的行星轮与外齿圈齿数比,令惯-质比达到最大。对比了行星飞轮和传统单飞轮惯容器的力学特性,表明在同等飞轮径向尺寸下,行星飞轮可获得更大惯-质比。最后通过试验,验证了理论分析的正确性。     

基于节曲线凸性判别的行星轮系移栽机构解析

为了建立非圆齿轮凸性与理想移栽轨迹之间的直接联系,使行星轮系移栽机构更好地满足作业要求,提出一种基于非圆齿轮节曲线凸性指标的不等速行星轮系机构参数求解方法。根据给定的运动轨迹,建立全局坐标系;将轮系简化为二杆二自由度开链机构（2R机构）,建立基于移栽轨迹的机构运动求解模型,提出非圆齿轮节曲线凸性判定指标,确立轮系中心位置变化范围即解析区域。根据运动学原理,由二杆二自由度开链机构复演理想移栽轨迹,求解轮系传动比,建立不等速传动比计算与分配模型,得到杆长、杆长比、轮系传动比、非圆齿轮节曲线凸性值等移栽机构参数,建立可以形成给定移栽轨迹的移栽机构参数信息图。避免了调试非圆齿轮节曲线的盲目性、优化机构尺寸和结构设计中双臂干涉等问题,为设计可形成特定轨迹的轮系机构提供参考。对几种常见移栽轨迹进行计算分析,以“鹰嘴形”水稻钵苗移栽轨迹为例进行非圆齿轮行星轮系钵苗移栽机构的设计仿真与样机试验,仿真轨迹、试验轨迹与给定理想轨迹基本一致,验证了计算模型的正确性与设计机构的可行性。     

基于遗传算法的农业机械中行星传动机构的优化设计

行星传动机构在水稻插秧机分插机构、拖拉机变速箱、秸秆压块机等渚多农业机械中得到了应用.如何优化设计行星传动结构,以便更好地适应农业机械生产需求,是一项极为重要的工作.为此,介绍了行星传动结构优化设计模型和基本遗传算法的基本原理,在此基础上,将星齿行星传动的最小体积作为优化设计目标,采用遗传算法进行优化设计.实验结果表明,此方法有效减少了星齿行星传动体积,更好地适应了农业机械对于成本和体积的特殊需求.