导读:本文包含了过约束论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:机构,桁架,自由度,天线,静力,运动学,驱动力。
过约束论文文献综述
韩博,许允斗,姚建涛,张硕,郑东[1]（2019）在《过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构设计与分析》一文中研究指出基于过约束剪铰式机构单元,构造了一种过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构,分析了双层周边桁架机构的构型机理及过约束特征,对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个闭环可展开机构单元;考虑节点连接件的尺寸,推导出了过约束剪铰式双层周边桁架机构的组合条件,基于反螺旋理论分析了闭环可展开机构单元的自由度及运动形式,结果得到了其只有一个收展运动自由度,进而分析得到了整体双层周边桁架可展天线机构整体亦只有一个自由度,最后建立了过约束剪铰式双层周边桁架可展机构的仿真模型,模拟了整个机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。本文提出的过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构具有单自由度以及高刚度的特点,在深空探测领域具有较好的应用前景。(本文来源于《燕山大学学报》期刊2019年04期）
郝贵军[2]（2019）在《少自由度过约束并联机构研究》一文中研究指出随着现代数学理论在机构学中的应用,机构从平面向空间发展、从单自由度向多自由发展、从串联机构向并联和混联机构发展,出现了诸多新机构。然而,也出现了一类特殊的机构——过约束并联机构,过约束并联机构因为存在过约束使得机构的自由度难以准确计算,此外,过约束并联机构的受力分析中存在静不定问题。本文首先明确过约束和过约束机构的定义;然后,基于旋量理论系统地分析过约束机构中出现过约束的根本原因以及如何识别机构中的过约束;最后,根据机构中过约束的类型和机构的阶数对过约束机构进行归类整理。运用螺旋理论分析了过约束并联机构所具有的独特特点,得出机构中的运动副出现某种特殊的配置或者机构的结构参数必须满足某些特殊的几何条件时,在封闭运动链中就会形成过约束。因此,提出一种基于几何条件不变性的过约束机构变形协调方程添加方法,并以3次静不定的3-RCR并联过约束机构为例进行受力分析计算。基于3-PRRR并联机构提出一种5自由度解耦过约束混联机构,运用螺旋理论分析了该机构的自由度与过约束;然后,利用解析矢量法建立机构位置方程,并基于位置逆解方程对机构进行运动学分析以及工作空间分析;其次,将Newton-Euler法与虚功原理相结合建立机构动力学模型,根据所建立的机构动力学模型,求解得到了机构的主动力和各个关节的约束反力。最后,针对该5自由度混联机构提出一种可用于人脸识别的显示器调节支架系统,体现了该机构所具有的独特优点及应用价值。(本文来源于《西安理工大学》期刊2019-06-30）
韩博,韩媛媛,许允斗,姚建涛,赵永生[3]（2019）在《剪叉式过约束双环桁架可展天线机构的构型设计与自由度分析》一文中研究指出基于过约束剪叉机构单元,构造了一种剪叉式过约束双环桁架可展天线机构作为星载天线支撑机构.首先,分析了剪叉式过约束双层环形桁架机构的构型机理及过约束特征,并对整体桁架机构进行了单元划分;考虑节点连接件的尺寸,推导出了此剪叉式过约束双环桁架机构的组环几何条件.然后,将双层环形桁架机构进行单元分解,基于图论和螺旋理论绘制了分解后机构单元的旋量约束拓扑图,进而分析了闭环可展开机构单元和整体双层环形桁架机构的自由度,结果表明,双层环形桁架机构的自由度和闭环可展开机构单元的自由度数相同,均只有1个自由度.最后建立了双层环形桁架可展开天线机构的仿真模型,模拟了整个机构的展开过程,验证了整体的可展性.该剪叉式过约束双环桁架可展天线机构所含运动副均为转动副,且整个机构仅具有单个自由度,运动形式简单.(本文来源于《机器人》期刊2019年03期）
武冰昕,吴连松,万英和,汪旸,陈芳[4]（2018）在《含过约束的串联机器人受力分析与动力学建模》一文中研究指出具有闭环结构的串联机器人常常含有过约束,在受力分析时会出现静不定问题。应用螺旋理论分析了动态下具有闭环结构的串联码垛机器人出现静定问题的本质。采用拆杆法建立了机器人动态下的静力学平衡方程,并基于小变形迭加原理建立相应的变形协调补充方程,进而完成动态下的受力分析并建立了动力学模型。利用Matlab编制相应程序,并进行了实例计算与分析。该研究为此类型码垛机器人结构设计和校核提供了理论基础与依据。该研究方法同样适合其他含过约束的串联机器人,为该类机构受力分析与动力学建模提供了一种新的思路。(本文来源于《制造业自动化》期刊2018年12期）
张东胜[5]（2018）在《过约束五自由度混联机器人机构设计理论研究》一文中研究指出具有两移动一转动自由度(2T1R)和两转动一移动自由度(2R1T)过约束并联机构,具有结构简单的特点,已成为少自由度并联机构中的研究重点。基于3自由度过约束并联机构所构造的过约束5自由度混联机器人,融合了串联机器人工作空间大、灵活性好以及并联机构刚度大、承载能力强的特点,被广泛应用于空间复杂曲面的零部件加工领域。本文针对航空航天、汽车、船舶等领域复杂曲面加工任务要求,开展过约束5自由度混联机器人机构设计及理论研究。主要研究内容如下:借助螺旋理论对组成少自由度并联机构的常用典型分支进行了约束分析,并按分支的平面与空间运动特点对其进行分类;在2R1T并联机构中,其中具有2条连续转轴的并联机构运动解耦性好,使其运动学模型简单,易于得到机构的运动学解析解,故对转动自由度转轴与分支结构约束的关系进行分析;对刚体绕2轴线连续转动的情况进行研究,旨在得到分支布置对运动副的影响。对综合出的2T1R平面并联机构3PRR进行结构改进,增设1条PRR分支,组成驱动冗余并联机构。为增加了机器人的可研究性,对机构动平台拆分设计,使其成为易于实现变胞机构的运动冗余平面并联机构,机构的变胞性有助于实现机构运动冗余和驱动冗余模式的切换。基于得到的2PRR~2+R平面并联机构构造出新型5自由度混联机器人构型,并对其并联部分进行了系统的运动学、动力学及刚度分析,基于灵活性指标完成了机构的尺寸优化,对机构分支进行了结构拓扑优化和机械结构设计并完成样机研制。根据2R1T并联机构转动自由度转轴位置,对2R1T并联机构进行分类,给出构造5自由度混联机器人构型原则,然后基于综合出的具有2条连续转轴的2RPU/UPR并联机构,给出5自由度混联机器人构型方案。根据机构的转轴性质,提出构造混联机器人等效串联模型法,借助混联机器人的等效串联模型,对机构进行了位置、速度和加速度正反解分析;基于运动学模型对混联机器人进行了动力学分析、刚度分析和仿真验证;提出驱动力稳定性性能指标,结合力传递性和动平台转动能力性能指标,对2RPU/UPR并联机构进行了尺寸优化。最后,基于理论分析结果完成5自由度混联机器人的结构设计和样机研制。在2R1T位置型2UPU/SP并联机构基础上,串接2自由度AC调姿头,组成5自由度混联机器人。分析了2UPU/SP并联机构2转轴的性质,结果显示该机构具有2条顺序连续转轴;建立了2UPU/SP并联机构的运动学和动力学模型,并对其进行了仿真验证;基于运动/力传递功率性能指标并综合考虑规划的工作空间,确定了2UPU/SP并联机构关键尺寸;最后,建立了2种分支形式的5自由度混联机器人叁维模型,并列出混联机器人模块化配置方案。对设计的3种混联机器人进行对比分析,以2RPU/UPR+R+P 5自由度混联机器人为例展开实验研究。基于西班牙FAGOR CNC8070系统搭建2RPU/UPR+R+P 5自由度混联机器人控制系统,实现混联机器人5轴联动。搭建加载平台实现2RPU/UPR并联机构侧向刚度对比实验,基于遗传算法辨识分支杆长零点误差,并完成球冠零件的加工实验。(本文来源于《燕山大学》期刊2018-11-01）
牛智[6]（2018）在《过约束正交并联六维力传感器基础理论与实验研究》一文中研究指出随着航空航天等领域的飞速发展,大量程、高精度的六维力传感器的需求日益增长。并联六维力传感器具有刚度高、各向同性度好等优点,是一种大量程六维力传感器的理想构型。正交并联六维力传感器是基于六维力传感器构型基础上的一种改进型传感器,具有映射关系简单、适用于大量程等优点。本文针对过约束正交并联六维力传感器开展了理论分析及实验研究,主要内容如下:基于螺旋理论对过约束正交并联六维力传感器受力进行了分析,介绍了正交并联六维力传感器的结构及受力特点,提出了两类过约束正交并联六维力传感器构型。提出分支解耦特性、均载特性、量程受限特性及自耦合输出特性几项性能指标,通过数值算例分析探讨了传感器设计参数与性能指标间的影响关系。对所提传感器构型建立了静力平衡方程,将各测量分支预紧力变形量及受广义外力变形量分离表示,建立了位移协调方程,推导了考虑各分支受摩擦力条件下广义外力与分支力的映射关系表达式。考虑过约束传感器各分支刚度异性条件,使用力法建立了位移协调方程,使用迭加原理得到静定分支受力表达式,得到了分支刚度异性条件下的过约束六维力传感器测量模型,在此基础上推导了单分支拉压双向刚度异性条件下的过约束六维力传感器测量模型,进一步得到了该条件下过约束正交并联六维力传感器的测量模型,通过数值算例分析了分支刚度对传感器分支输出的影响关系。设计了球解耦测量分支结构,将该结构应用以研制了十二分支正交并联六维力传感器与八分支正交并联六维力传感器及标定加载装置,搭建了数据采集系统,开发了数据采集程序,开展了加载标定实验,通过实验得到了传感器的标定矩阵与误差矩阵。通过实验数据对两类传感器样机的误差及性能进行了分析对比,验证了球解耦结构设计的合理性。对拉压双向刚度异性较为明显的传感器使用双线性映射模型修正以减小传感器误差,对于性能较好的八分支正交并联六维力传感器开展了应用实验以验证传感器测量精度。本研究为过约束正交并联六维力传感器的设计及标定加载实验的开展、精度提高等奠定了基础,对大量程并联六维力传感器的研制及应用具有一定指导意义。(本文来源于《燕山大学》期刊2018-06-01）
郭金伟,许允斗,刘文兰,姚建涛,赵永生[7]（2018）在《冗余驱动过约束并联机构受力分析》一文中研究指出含有驱动冗余的过约束并联机构具有承载能力大、各向同性良好等特点,但其同时含有主动过约束和被动过约束,受力分析相当复杂。本文以4-PRRR冗余驱动过约束并联机构为对象对该类机构受力的超静定问题进行研究。首先针对主动过约束问题,基于特定的优化目标求解出各驱动力大小。然后针对被动过约束问题,建立各分支过约束力螺旋系的刚度矩阵和机构整体刚度矩阵,分析驱动力在过约束力螺旋系轴线方向产生的耦合变形,采用加权广义逆方法求解得到过约束力螺旋系幅值。联合Solid Works、ANSYS和ADAMS软件建立机构的刚柔混合模型并进行受力仿真分析,仿真结果与理论值基本一致,验证了理论分析结果的合理性。(本文来源于《燕山大学学报》期刊2018年03期）
刘文兰[8]（2018）在《空间多闭环过约束机构受力机理分析》一文中研究指出空间多闭环过约束机构因过约束的存在具有承载能力大、精度高等优点,在机器人、航空航天、医疗等众多领域得到了广泛应用。但也因过约束的存在空间多闭环过约束机构的受力问题属于静不定问题,加大了此类机构受力分析的难度和复杂性。本文将空间多闭环过约束机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和被动输入过约束机构,对空间过约束机构的受力问题展开系统地研究,主要研究内容如下:针对四面体构架式可展天线机构的多环耦合特性,基于并联机构自由度分析理论和拆杆-复原-等效的思想提出了一种空间多闭环耦合机构的自由度分析方法。应用提出的拆杆等效法分析了3RR-3RRR四面体多闭环机构的自由度,为后续进行受力分析奠定基础,同时将该方法推广应用于其它几种空间多闭环耦合机构的自由度分析问题中。将存在公共约束或并联冗余约束的一般过约束并联机构称为被动过约束并联机构。根据分支变形特点将被动过约束并联机构分为分支刚度解耦和分支刚度耦合机构。考虑分支杆的拉伸、扭转和弯曲复合变形推导了分支过约束力螺旋系柔度矩阵的解析表达式,分别提出了求解两类被动过约束并联机构受力问题的方法,建立了驱动力螺旋、非过约束力螺旋、过约束力螺旋幅值与外载荷、系统弹性变形之间的解析关系式,揭示了分支刚度对被动过约束并联机构受力分配的影响机理。应用提出的受力分析方法对分支刚度解耦机构2RPU+SPR和分支刚度耦合机构3-RRC进行了受力分析。根据分支在重力作用下是否产生了沿过约束力螺旋方向的附加约束力/力偶,将考虑重力作用下被动过约束并联机构的受力分为两种情况。以分支刚度解耦并联机构2RPU+SPR、分支刚度耦合并联机构3-RRC、平面被动过约束并联结构3-RR、空间被动过约束并联结构7-SS为例,给出了考虑重力作用时两种情况下被动过约束并联机构的受力分析方法。将采用可控驱动元件(如电机)且存在冗余驱动的并联机构称为主动过约束并联机构。以2SPS+P主动过约束并联机构为例,研究了考虑系统弹性变形条件下主动过约束并联机构满足的位移协调关系;建立了2SPS+P机构分别采用全位置控制、全力控制、力/位混合控制时,分支驱动力、输出位移、外载、分支刚度之间的关系,并搭建实验平台展开了实验研究。将采用不可控驱动元件(如扭簧)且存在冗余驱动的机构称为被动输入过约束机构。以被动输入过约束机构3RR-3RRR为例,建立了扭簧刚度与机构展开运动之间的关系,分析了扭簧数量、刚度对3RR-3RRR机构驱动力矩的影响,并基于动力学仿真软件Adams进行了仿真验证。基于加权广义逆理论推导了被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和被动输入过约束机构静不定力学问题的加权广义逆解与驱动力/力矩、约束力/力偶幅值之间的关系,并揭示了加权广义逆解的物理意义。加权广义逆的应用为空间多闭环过约束机构提供了一种简便、快速的受力分析方法。(本文来源于《燕山大学》期刊2018-05-01）
杨富富[9]（2017）在《基于桁架方法的空间过约束机构分析与可变多面体设计》一文中研究指出连杆机构是机械系统组成中一类由连杆构件用低副联接组成的构件系统。它的主要功能是可用来传递运动和力。连杆机构由于具有一些特定的优势,如构件和铰链形式均较为简单、承载能力强、可靠性好、可实现多样化空间复杂运动等,在机械、汽车、仪器等领域中得到了广泛应用。而桁架是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的平面或空间结构,它一般是由稳定的叁角形或四面体单元组成。桁架的主要功能是通过杆件在轴向受拉或受压来承受结点处的外载荷。由于结构简单、成本低、以较小的自重提供较大刚度等优点,桁架结构广泛应用于工程结构、建筑材料等各个领域。虽然机构和结构的主要功能有所不同,但它们并不是两个完全不相关的概念。一方面,当锁定机构的所有的输入参数时,机构可以被看作是具有一定承载能力的结构。另一方面,工程中也存在一些力静定或静不定的可运动的结构,在机构学中,这两种结构分别看作是一般机构和过约束机构。结构侧重于对稳定性和力学特征的分析,而机构则倾向于对自由度和运动特性的研究。经历着近200年的发展,现代机构运动学已经形成了一些较为成熟的研究理论和方法,如矩阵方法、旋量理论、李群李代数等。但是,这些理论和方法难以有效地解决复杂的空间机构的运动学问题。如空间过约束机构由于具有复杂的几何关系,其自由度计算常常需要进行特殊修正。同时,空间多环路机构的复杂拓扑环路关系使运动学分析更为困难。特别是空间多环路机构的运动轨迹解析分析仍是当前机构学的难点之一。桁架结构可以被认为是由杆件通过球副连接而成的多环路结构。在结构中,通常采用包含了几何和拓扑信息的平衡矩阵来分析桁架的结构特性。因为这个过程无需单独考虑桁架的具体拓扑环路关系,该方法有潜力应用于空间复杂机构的运动学分析。因此,本文的研究目的是将叁维空间机构转换为与其等价的桁架形式,通过桁架理论与方法对复杂空间过约束机构的运动学特性进行分析,并以此为工具设计具有折展功能的可变多面体结构。本文首先提出一套将连杆机构转换为与其等价桁架形式的通用方法,并验证该方法的有效性;其次,采用该方法识别并去除空间过约束机构中冗余约束,得到过约束机构的非过约束形式;最后,应用桁架转换方法中的自由度计算、运动轨迹预测以及分叉点的判断等方法,得到了叁组可单自由度变换的多面体。具体工作包括如下五个部分:·桁架方法本文第二章提出了一种将空间连杆机构转换为与其等价的桁架结构的方法。基于该方法,可将桁架中关于运动分析的理论和方法引入到机构运动特性的分析中。该方法为具有复杂拓扑关系机构的运动学分析开辟了一条新途径。将直线视为杆件、结点视为球副,一个转动副即可用一条直线两端分别连接一个结点进行表达。因为直线、叁角形和四面体是一维、二维和叁维空间中最简单稳定的刚体,而桁架是由刚性杆通过结点连接而成,所以,一个转动副连接两个构件所实现的相对转动可由两个叁角形,或两个四面体,或一个叁角形与一个四面体,通过一条公共边连接而成的桁架来实现。同时,两端均为球副的构件可表示为两端均为结点的一条直线。两端分别为球副和转动副的构件可表示为一个叁角形(其中一个顶点对应球副位置,该顶点的对边对应转动副位置)。两端均为转动副的构件通常可表示为一个叁角形(两转动副共面相交)或者一个四面体(两转动副空间异面)。当该构件所连接的两转动副轴线相互平行时,采用上述等价方式得到的6条边将处于同一平面内。通过对其力学分析发现,该等价后的桁架含一个瞬时自由度。为避免等价转换后机构的运动特性发生变化且避免引入冗余杆,需在该平面外确定一辅助结点,将该结点与四边形的4个顶点分别相连,并去除原四边形中两条对角线中的一根杆,可得到其桁架形式。因此,采用该转换方法,可将含转动副和球副的连杆机构等价转换为它们对应的桁架形式。本文以一个叁重旋转对称的Bricard连杆机构为例,首先将其转换为对应的桁架形式,对其平衡矩阵进行分析,验证了其单自由度的特性;再利用对平衡矩阵进行奇异值分解的数值算法生成了其运动轨迹;最后以平衡矩阵的奇异值为依据确定了该机构的两个分叉点位置。所得到的结果与已有结论完全一致,从而验证了该方法的有效性。以平面四杆和球面四杆两个机构为例,验证了机构运动雅可比矩阵和力平衡矩阵对于运动分析具有等效性的结论。最后,推导了空间桁架中结点线速度与角速度之间的关系。这可将机构学中的铰链角位移问题转换为相应桁架中结点线位移问题。·过约束机构的非过约束形式空间过约束机构由于以最少杆件可提供较好刚性而在工程领域有着广泛的应用前景。而复杂的几何条件对其构件的制造精度以及机构的装配精度提出了极为苛刻的要求。因此,这在很大程度上制约了过约束机构的进一步应用。为了解决该问题,就需要寻找过约束机构的等价非过约束形式。本文第叁章以桁架方法为依据,介绍了一种在空间过约束机构等价桁架形式中识别并去除冗余杆的通用方法,从而得到过约束机构的非过约束形式。首先将过约束机构等价转换为对应的桁架结构。再根据麦克斯韦准则,计算出桁架结构中冗余杆的数目,并根据桁架中各杆件之间的相对位置关系,确定去除冗余杆的所有可能方案。通过建立合适的空间直角坐标系,求得所有去除冗余杆件后桁架结构的平衡矩阵并准确地计算出自由度数。相对于原桁架结构,删除杆件后的平衡矩阵若未出现降秩现象,则得到了过约束机构的非过约束简化形式。以Bennett机构和Myard 5R机构为例,详细描述了该方法的具体实施过程。通过对Bennett机构和与其有着相同参数的RSSR机构的输入输出规律进行分析研究,发现它们的运动规律保持一致。采用旋量方法对RSSR机构进行分析,发现其中的这两个球副在运动过程中均与转动副等价。基于以上两点分析,可以证明RSSR机构确实为Bennet机构的非过约束形式。同时,为了验证该方法的通用性,本文还研究了Myard 5R机构的非过约束形式,即为空间RRSRR机构。理论上,制造误差很容易使空间过约束机构出现卡死而失去自由度。然而,制造误差通常并不会改变非过约束形式的自由度,同时对其运动规律也有着较小的影响。通过对输出角关于制造误差的灵敏度分析,发现非过约束形式对制造误差具有更好的协调性。最后,设计出了一类特殊运动副,该运动副即可用于非过约束机构形式,还在提升制造误差协调性的同时,保留了过约束机构所具有的刚性的特点。这些工作为过约束机构的进一步工程应用打下了坚实的基础。·立方八面体与正八面体之间的单自由度变换在几何中,有两类都是由正多边形组成且具有较好对称性的凸多面体,它们分别为柏拉图多面体和阿基米德多面体。其中,柏拉图多面体是由一种正多边形围成的凸多面体,它包含以下5种:正四面体、立方体、正八面体、正十二面体和正二十面体。阿基米德多面体则是由两种或两种以上正多边形围成的凸多面体,它包含13种。在几何中,经典的截角,截半,交错,扭棱等方式可实现阿基米德多面体和柏拉图多面体之间的变换。但这些变换都是通过截短多面体的边长来实现的,因此,它们均无法由连杆机构来实现。在工程领域,最经典的多面体变换是由Fuller提出的立方八面体与正八面体之间变换的Jitterbug。该变换是通过“旋转+平移”的方式来实现的。运动学上,可认为Jitterbug中的8个叁角形面都通过圆柱副与机架连接,且多面体的各顶点均设置为球副。虽然它可单自由度完成变换,但这些圆柱副的存在增加了机构的复杂度、破坏了多面体内部的整体可用区域且降低了有效的体积折展比。自Fuller提出Jitterbug后,已有大量学者对多面体变换以及多面体机构的运动性进行了研究。但这些变换通常要么在改变杆长的情况下改变多面体的大小而不改变其形状,要么不能被单自由度实现,要么不能在两个多面体之间进行。因此,我们的目标是设计简单的机构实现多面体之间的单自由度变换。具体地,在多面体每个顶点处仅设置一个转动副或球副,运用机构运动学理论对多面体展开和折迭构型进行分析,确定各顶点的运动副类型以及转动副的方位,从而得到多面体之间的单自由度变换。本文第四章,采用桁架转换方法,得到了一种空间多环路连杆结构。该机构可实现含6个镂空四边形面和8个刚性叁角形面的立方八面体和正八面体之间的变换,其体积折展比为5。将立方八面体中一个四边形设置为一个Bennett机构可将立方八面体中的4个叁角形单自由度地折迭为正八面体中共定点的4个叁角形,通过分析这些叁角形在初始和终止构型下的几何位置关系求得了转动轴的具体方位。类似地,剩下的4个叁角形也由参数完全相同的Bennett机构来实现折迭运动。最后,通过4个球副将这两个Bennett机构进行连接,得到了所需的多面体机构。通过桁架方法求得该机构的自由度为1。在此基础上,运用基于奇异值分解的数值算法,得到了该多面体变换的运动轨迹。通过记录运动过程中奇异值的变化,分析了变换过程中的分叉情况。结果显示该机构可实现立方八面体和正八面体之间的单自由度变换,且不会出现运动分叉情况。同时,通过分析各叁角形面中心的运动轨迹,对比了所得到的多面体变换与基于“旋转+平移”方式的多面体变换在运动特性和对称性上的差别。此外,对于该机构中4个球副的运动情况也进行了分析。结果显示,这些球副并不能进一步替换为转动副。该可展结构含有8个转动副和4个球副,其中8个转动副构成2个Bennett机构。这2个Bennett机构通过4个球副连接形成4个RSRS机构。这样8个叁角形构件通过2个Bennett机构和4个RSRS机构的并联网格连接成立方八面体。随着这6个机构的折展运动,立方八面体被折迭成由8个叁角形拼接而成的正八面体。在工程中,由于球副的设计和制作均较困难,故将该多面体机构中的球副用3个转动副所构成的折纸结构进行代替。最后设计并制作了只有转动副的多面体实物模型。该模型进一步验证了计算和设计结果的正确性。·截角八面体与立方体之间的单自由度变换本文第五章,研究了一种可实现11.3倍体积折展比的截角八面体和立方体之间的变换,该变可换由另一个空间单自由度多环路连杆机构实现。将截角八面体中8个镂空六边形面折迭起来,可得到由6个正方形面拼成的立方体。将截角八面体的所有边均视为直杆,并将所有顶点设置为球副,通过桁架方法,求得所形成的多面体机构的自由度为18。因此,为了得到单自由度的多面体变换,需要在此基础上引入约束来降低自由度数。通常,将一个球副替换为一个转动副可增加2个约束、减少2个自由度数。然而,由于多面体中存在着复杂的拓扑环路,故不能通过简单数数的方式确定需要引入转动副的数目。截角八面体中的一个镂空正六边形对应的折迭状态是立方体中具有公共顶点的3条相互垂直的边。因其展开和和折迭状态均具有叁重旋转对称性,故选取了同样具有叁重旋转对称的Bricard机构来实现它们之间的变换。该机构是一种经典的由6个转动副连接而成的单自由度六杆机构。通过分析变换前后各正方形的几何方位关系,运用机构运动学方法,求得了各个顶点处转动副的具体轴线方位。类似地,将由剩下的3个正方形面和对应的3条边所围成的六边形也设置成了具有相同参数的Bricard机构。通过桁架方法,对引入2个Bricard机构后的多面体机构进行分析,求得其自由度数为2。为了获得单自由度变换的目标,仍需将剩余的12个球副中的某一个替换为转动副。研究发现,将这12个球副分别单独替换为在特定方位平面内的转动副均可获得单自由度变换。考虑折迭和展开过程的完整性以及运动过程的物理干涉情况,通过对运动路径的模拟以及对平衡矩阵奇异值的记录,确定了转动副在对应平面内的方位范围。最后,通过3D打印,制作了一个边长为20cm的截角八面体和立方体之间变换的验证模型。·截角四面体与正四面体之间的单自由度变换本文第六章,通过一个由1个Bricard机构和3个RSRRSR(或者3个RRSSRR)机构构建的多环路机构,实现了截角四面体和正四面体之间的单自由度变换,它们的体积比为23。截角四面体是一类由4个正六边形和4个正叁角形组成的阿基米德多面体。其中,镂空的正六边形是由3个叁角形面和3条边围成,呈叁重旋转对称分布。类似于前一个多面体变换,该正六边形也可由叁重旋转对称的Bricard连杆机构单自由度折迭为正四面体中有公共顶点的3条边。将其余6个顶点均设置为球副,通过桁架方法,求得所得到的多面体机构的自由度为4。为获得单自由度的多面体变换,仍需将部分球副替换为具有特定转轴方向的转动副。考虑结构的对称特性,该机构存在两类仍被设置为球副的顶点位置,即(1)Bricard机构所连接的3个叁角形中未被设置成转动副的顶点,(2)第四个叁角形的3个顶点。研究发现,分别将其中一类顶点上的球副单独替换为转轴在特定平面内的转动副均可实现单自由度的多面体变换。通过桁架方法联合基于奇异值分解的数值模拟方法,分别求得了这两类替换方案的机构运动轨迹。结果显示,后确定的转动副轴线在对应平面内的某些范围内,可完整地实现预期的截角四面体与正四面体之间的单自由度变换,同时这些变换过程也不会出现物理干涉。最后,基于折纸技术制作了一个实现该多面体变换的实物模型,验证了设计结果的正确性。·结论与展望本文着眼于机构学与结构力学的交叉学科,提出了一种将连杆机构等价转换为桁架形式方法。这为研究复杂连杆机构的运动特性开拓了一种新的研究思路。同时,得到的非过约束形式获取方法和求解多面体之间单自由度变换的方法以及所有设计结果均具有一定理论和工程实用价值。此外,本文研究工作还可以从如下几个方面进行进一步深入研究:(1)机构的雅可比矩阵与桁架的平衡矩阵之间的本质关系仍有待进一步探索和论证。基于该关系,机构的动力学问题也可通过对其等价桁架的平衡矩阵进行分析来解决。由于平衡矩阵的建立过程较雅可比矩阵的建立过程要更加容易、更加便捷,故这可大大简化复杂机构的动力学分析过程。(2)为获取过约束机构的非过约束形式,本文在等价桁架形式中选取待去除的冗余杆时,制定了一些选取规则。放开其中部分或者全部规则,可能会获得更多的非过约束形式。而所得到的非过约束形式与原机构的运动学关系仍需要进一步研究。(3)本文采用了Bennett四杆和Bricard六杆机构实现了3组多面体之间的变换。这两种机构均是经典的空间单自由度机构。而有些多面体变换需要引入八杆或更多杆机构,如可利用空间八杆机构将截角立方体中的镂空正八边形面进行折迭可获得正八面体。因此,以多自由度的单环路连杆机构为单元,能否得到多面体之间单自由度变换需要进一步深入研究。同时,为采用最简单的空间多环路机构来实现多面体之间的变换,在多面体的每个顶点处仅允许设置一个转动副或一个球副。因此,如果释放此限制条件,如在某些顶点处设置两个自由度的U副,也可能会得到更多多面体之间的单自由度变换。更进一步,由于部分多面体变换的展开和折迭构型都具有可叁维阵列的特点,因此,以这些少自由度变换的多面体机构为单元,有希望构建出少自由度的可变多面体阵列。这将为模块化设计可展卫星群等航天器提供可能的方案。(4)本文采用结构中的桁架的方法解决了机构运动学中的部分难题。而结构力学中是否还有其它理论亦可用来解决机构运动学问题,仍需要进一步探索。另一方面,机构学中的理论能否解决结构中的一些难题,也有待于进一步探讨。(本文来源于《天津大学》期刊2017-12-01）
卢文娟,张立杰,谢平,曾达幸,张一同[10]（2017）在《机构中过约束判定的新方法》一文中研究指出将前期研究中提出的基于杆组参数矩阵的交集规则及过约束判断方法推广到更为一般的过约束机构。从过约束产生的本质出发,讨论了刚性闭合、通过运动链闭合、通过单个运动副闭合,及其过约束,得到了单环路机构中过约束判断的两个准则。对于较复杂机构,借助"结构流程图"的辅助分析,依据闭合方式,通过分析每个闭合过程中对应的杆组参数矩阵来确定过约束。分析了两个典型机构中的过约束,所得结果与实际一致,证明所提方法的方便性和实用性。(本文来源于《中国机械工程》期刊2017年20期）
过约束论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着现代数学理论在机构学中的应用,机构从平面向空间发展、从单自由度向多自由发展、从串联机构向并联和混联机构发展,出现了诸多新机构。然而,也出现了一类特殊的机构——过约束并联机构,过约束并联机构因为存在过约束使得机构的自由度难以准确计算,此外,过约束并联机构的受力分析中存在静不定问题。本文首先明确过约束和过约束机构的定义;然后,基于旋量理论系统地分析过约束机构中出现过约束的根本原因以及如何识别机构中的过约束;最后,根据机构中过约束的类型和机构的阶数对过约束机构进行归类整理。运用螺旋理论分析了过约束并联机构所具有的独特特点,得出机构中的运动副出现某种特殊的配置或者机构的结构参数必须满足某些特殊的几何条件时,在封闭运动链中就会形成过约束。因此,提出一种基于几何条件不变性的过约束机构变形协调方程添加方法,并以3次静不定的3-RCR并联过约束机构为例进行受力分析计算。基于3-PRRR并联机构提出一种5自由度解耦过约束混联机构,运用螺旋理论分析了该机构的自由度与过约束;然后,利用解析矢量法建立机构位置方程,并基于位置逆解方程对机构进行运动学分析以及工作空间分析;其次,将Newton-Euler法与虚功原理相结合建立机构动力学模型,根据所建立的机构动力学模型,求解得到了机构的主动力和各个关节的约束反力。最后,针对该5自由度混联机构提出一种可用于人脸识别的显示器调节支架系统,体现了该机构所具有的独特优点及应用价值。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
过约束论文参考文献
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