變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)學研究與應用.pdf

1、變胞機構(gòu)是1998年在亞特蘭大召開的第25屆ASME機構(gòu)學與機器人學雙年會上首次提出的一種新型機構(gòu)，它是一類能從一種拓撲結(jié)構(gòu)形式變換到另一種拓撲結(jié)構(gòu)形式，通常有效構(gòu)件數(shù)和自由度也發(fā)生變化的機構(gòu)。變胞機構(gòu)具有非常廣闊的應用前景，近年來受到廣泛關(guān)注，成為機構(gòu)學的研究熱點。柔性變胞是變胞機構(gòu)的一個新的研究方向，具有變胞機構(gòu)和柔性機構(gòu)的雙重優(yōu)點，具有更加廣闊的應用前景。目前已有文獻對變胞機構(gòu)的研究日益增多，但對柔性變胞機構(gòu)的研究還很少，可以預見

2、柔性變胞機構(gòu)必將成為變胞機構(gòu)新的研究熱點。
　　 變胞機構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)機構(gòu)主要是結(jié)構(gòu)學上的不同，變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)學也是研究運動學和動力學的基礎(chǔ)。本文對變胞機構(gòu)（剛性變胞機構(gòu)）和柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)學進行了研究。對于剛性變胞機構(gòu)，提出了基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣運算的變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合方法，使變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合的矩陣演算方法擴展到了包含復鉸的變胞機構(gòu)。為了解決剛性變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合中同構(gòu)運動鏈的識別問題，提出了基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣的運動

3、鏈同構(gòu)的判定方法。對于柔性變胞機構(gòu)，提出了柔性變胞機構(gòu)的定義和組成元素、結(jié)構(gòu)簡圖和鄰接拓撲圖、鄰接矩陣的表示方法等基礎(chǔ)理論，并提出了基于鄰接矩陣運算的柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合方法。
　　 基于單色拓撲圖的鄰接矩陣只能表示單鉸機構(gòu)，不能有效表示復鉸機構(gòu)，變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)變換的鄰接矩陣運算方法也只能適合單鉸變胞機構(gòu)。對于單鉸和復鉸變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析，本文以雙色拓撲圖的廣義關(guān)聯(lián)矩陣來表示全部單鉸和復鉸變胞機構(gòu)，提出了廣義關(guān)聯(lián)矩陣運

4、算算法，并給出了該算法的運算步驟和運算規(guī)則。通過應用實例驗證了廣義關(guān)聯(lián)矩陣及其算法對于變胞機構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)表示及其變換分析的正確性。
　　 基于鄰接矩陣的變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合方法只能適合單鉸機構(gòu)，綜合結(jié)果也不能包含符合變胞要求的復鉸機構(gòu)。對于包含全部單鉸和復鉸變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合，提出了基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣運算的變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合方法。通過四構(gòu)件綜合到五構(gòu)件的變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合實例，驗證了該方法對于單鉸和復鉸變胞機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合的正確性和有效性。

5、r>　　 在變胞機構(gòu)和傳統(tǒng)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合中，識別同構(gòu)運動鏈是要解決的主要問題之一。針對此問題提出了一種基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣的機構(gòu)運動鏈同構(gòu)的判定方法，給出了該方法的詳細的判定規(guī)則和步驟，并通過實例進行了驗證。該方法對于運動鏈的同構(gòu)判定具有簡單、準確、高效、實用的特點。
　　 柔性變胞機構(gòu)是變胞機構(gòu)的一個新的研究方向，本文給出了柔性變胞機構(gòu)的定義和柔性變胞機構(gòu)的組成元素，并給出了柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖表示方法，提出了柔性變胞機構(gòu)的鄰

6、接拓撲圖和鄰接矩陣的表示方法。對于柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)變換分析，本文提出了一種基于鄰接矩陣的數(shù)學運算方法，并通過應用實例驗證了該鄰接矩陣運算方法對于柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是有效的和正確的。
　　 對于柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合，提出了基于鄰接矩陣運算的柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法，給出了該方法詳細的運算規(guī)則和運算步驟。通過對一個三桿至四桿柔性變胞機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合應用實例，給出了該方法的具體應用過程，并通過應用實例驗證了該方法對于柔性變胞機