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变胞机构作为机构学的一个新的分支,它的提出拓展了传统机构学的研究领域,给传统机构学的发展注入了活力。变胞机构出现以后,许多学者相继对其进行了研究,主要涉及对其拓扑结构(构态)的分析,而对其运动学与动力学的研究很少。
本文的研究内容涉及变胞机构的结构学、运动学及动力学。其中,着重对变胞机构的运动学与动力学进行研究,旨在丰富和发展变胞机构的理论学研究体系。主要内容为:
根据变胞机构的本质特征,综合运用Roberson-Wittenburg有向图法和Huston低序体阵列对变胞机构的拓扑结构(构态)进行了分析,并建立了变胞机构任意构态p的关联矩阵和通路矩阵。
在对变胞机构进行构态分析的基础之上,将关联矩阵与通路矩阵引入到变胞机构的运动学分析之中,建立了变胞机构任意构态p的运动学数学模型。
基于Roberson-Wittenburg方法,结合结构学与运动学分析的结果,建立了变胞机构任意构态p并包含闭环约束的动力学方程。在此基础上,根据变胞机构任意两相邻构态间的广义坐标变换矩阵,得到了变胞机构的全构态动力学模型。给出了变胞机构全构态动力学方程的求解方法与一般过程,并通过典型算例,对变胞机构的正动力学进行了仿真研究。
针对工程应用,基于联立约束法建立了变胞机构逆动力学模型的矩阵形式,通过实例,对变胞机构的逆动力学进行了仿真研究,得到了变胞机构在运行过程中的驱动扭矩以及关节约束反力,这在工程应用中具有实用价值。