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150年机构自由度的通用公式问题 被引量：33
1
作者 黄真 刘婧芳 李艳文 《燕山大学学报》 CAS 2011年第1期1-14,39,共15页
机构通用的自由度公式是一个150年没解决的问题。本文首先介绍了这个问题的来龙去脉,介绍历史上先后出现的那些不服从自由度G-K公式的反常机构,又有哪些学者研究过这个问题,他们的方法有什么特点,介绍Gogu总结出的那些反常的古典机构和... 机构通用的自由度公式是一个150年没解决的问题。本文首先介绍了这个问题的来龙去脉,介绍历史上先后出现的那些不服从自由度G-K公式的反常机构,又有哪些学者研究过这个问题,他们的方法有什么特点,介绍Gogu总结出的那些反常的古典机构和现代并联机构,在这里它们被称为机构自由度的"GG问题"。接着,文章着重介绍黄真和他的学生提出的新的基于反螺旋理论的自由度原理和修正的G-K公式,介绍他们在自由度问题上的研究过程、方法和特点。并以"GG问题"中的详尽的古典和现代机构的例子,证明这个方法和公式的通用性、统一性,证明这个方法解决问题具有的强大能力,特别适合当今的多自由度、过约束、甚至某些多环耦合机构,最终证明他们解决了自由度这个古老问题。 展开更多
关键词 机构 自由度 过约束 普适性 并联机构
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基于牛顿欧拉法的一种空间被动过约束并联机构动力学建模方法 被引量：24
2
作者 李永泉 郭雨 +1 位作者 张阳 张立杰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期48-57,共10页
以4-RPTR四自由度空间被动过约束(冗余约束)并联机构为研究对象,采用牛顿欧拉法结合补充变形协调方程对其进行动力学分析。基于牛顿欧拉法所建动力学方程为78个,但是由于该机构被动过约束的存在,所要求解的未知量为80个,当按照平面被动... 以4-RPTR四自由度空间被动过约束(冗余约束)并联机构为研究对象,采用牛顿欧拉法结合补充变形协调方程对其进行动力学分析。基于牛顿欧拉法所建动力学方程为78个,但是由于该机构被动过约束的存在,所要求解的未知量为80个,当按照平面被动过约束机构的方法补充8个变形协调方程时,会与所建的78个方程线性相关,导致方程组无法求解。基于此,提出进行被动过约束并联机构动力学建模时,应首先分析机构产生被动过约束的原因,在此基础上,引入冗余约束力(力矩)引起的杆件变形与末端平台位姿误差的关系作为补充方程,能够保证方程组线性无关,可以求解。为此,引入直接引起冗余约束的转动关节约束力矩产生的杆件变形与末端平台位姿误差的关系,补充了8个变形协调方程,同时引入了6个未知量,从而得到86个方程,包含86个未知量,且方程组线性无关,得到了该机构的动力学全解模型。基于Matlab和ADAMS软件对该机构进行动力学仿真,在平台末端给定相同运动轨迹的情况下,对比两种方法仿真所得机构驱动力变化曲线,可以看出所建动力学模型的正确性。为该类空间被动过约束机构进行动力学建模提供了一个新的思路。 展开更多
关键词 并联机构 过约束 动力学 变形协调性分析
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过约束并联机构动力学建模方法 被引量：23
3
作者 姜峣 李铁民 王立平 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第17期123-129,共7页
由于冗余支链和冗余约束力的存在,过约束并联机构的动力学建模一直未能得到很好的解决。以一台平面两自由度过约束并联机构为例,在运动学分析的基础上,利用牛顿-欧拉法并结合达朗贝尔原理,得到了该机构的力和力矩平衡方程,但由于方程少... 由于冗余支链和冗余约束力的存在,过约束并联机构的动力学建模一直未能得到很好的解决。以一台平面两自由度过约束并联机构为例,在运动学分析的基础上,利用牛顿-欧拉法并结合达朗贝尔原理,得到了该机构的力和力矩平衡方程,但由于方程少于未知数个数而无法直接进行求解。为此,提出变形协调性分析的方法,通过建立约束力与终端平台位置误差之间的关系作为补充方程,从而得到可求解的机构动力学模型。将该方法应用到一台混联机床并联部分的动力学建模分析中,通过数值算例,对驱动力和动平台位置误差进行仿真,结果表明该方法的可行性和合理性。该方法同样可以应用于其他过约束并联机构,为该类机构动力学建模分析提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 并联机构 过约束 动力学 变形协调性分析
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遗传模拟退火算法在约束求解中的应用 被引量：14
4
作者 刘生礼 唐敏 董金祥 《中国图象图形学报（A辑）》 CSCD 北大核心 2003年第8期938-945,共8页
将遗传模拟退火算法应用于约束求解中 ,提高了约束系统求解的鲁棒性和效率 .与 Newton- Raphson数值方法相比 ,由于遗传模拟退火算法是一种单纯的数值迭代方法 ,不涉及到矩阵求逆 ,因此克服了 Newton- Raphson法对初始值敏感的缺点 ,具... 将遗传模拟退火算法应用于约束求解中 ,提高了约束系统求解的鲁棒性和效率 .与 Newton- Raphson数值方法相比 ,由于遗传模拟退火算法是一种单纯的数值迭代方法 ,不涉及到矩阵求逆 ,因此克服了 Newton- Raphson法对初始值敏感的缺点 ,具有很强的鲁棒性 ;与其他利用 BFGS的优化算法相比 ,由于遗传模拟退火算法是在一个初始的解空间中搜索所有可能的解 ,因此克服了 BFGS优化算法对良约束多解情况只能求出一个解的缺点 ;由于遗传模拟退火算法是将约束问题转化为优化问题后才进一步求解 。 展开更多
关键词 遗传模拟退火算法 几何约束求解 鲁棒性 良约束 过约束 约束不足
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平面连杆机构的自调及其允差的分析研究 被引量：14
5
作者 安培文 黄茂林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第23期2040-2044,共5页
以 - - - 运动副配置的无过约束平面曲柄滑块机构为研究对象 ,分析了机构自调的机理及其自调时圆柱副中的位移协调规律 ,根据移动副中的自锁条件导出机构能够实现自调的条件 ,在此基础上 ,得到机构能够实现自调的允许误差角 ,为消... 以 - - - 运动副配置的无过约束平面曲柄滑块机构为研究对象 ,分析了机构自调的机理及其自调时圆柱副中的位移协调规律 ,根据移动副中的自锁条件导出机构能够实现自调的条件 ,在此基础上 ,得到机构能够实现自调的允许误差角 ,为消除或减小过约束机构结构的采用以及机械的精度设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 平面连杆机构 过约束 曲柄滑块机构 误差 敏感度 自调机构
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平面曲柄摇杆机构自调结构的分析与设计 被引量：16
6
作者 安培文 黄茂林 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期11-16,共6页
对高效、高稳定性及低成本的无过约束自调机构的研究是基于约束不确定的稳健设计的最重要方面。详细分析了无过约束机构能够实现自调的机理;提出无过约束平面曲柄摇杆机构自调性分析的方法,得到机构能够实现自调的允许误差角;得出一些... 对高效、高稳定性及低成本的无过约束自调机构的研究是基于约束不确定的稳健设计的最重要方面。详细分析了无过约束机构能够实现自调的机理;提出无过约束平面曲柄摇杆机构自调性分析的方法,得到机构能够实现自调的允许误差角;得出一些可以指导自调机构结构设计以及运动副形位公差确定等方面的结论和原则。从而为科学地、而不是经验地设计自调机构提供了理论依据。 展开更多
关键词 过约束 曲柄摇杆机构 自调 自调结构 允差
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平面闭链机构中过约束分析的研究与应用 被引量：11
7
作者 安培文 黄茂林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2002年第7期18-22,共5页
由于不可避免的制造误差 ,平面闭链机构中广泛存在的过约束 ,导致对机械性能的一系列有害影响 ,因而越来越受到机械结构设计者的重视 ,提出了多种机构过约束的分析方法。但是 ,这些方法还存在一些不足 ,还需进一步发展完善。因此在深入... 由于不可避免的制造误差 ,平面闭链机构中广泛存在的过约束 ,导致对机械性能的一系列有害影响 ,因而越来越受到机械结构设计者的重视 ,提出了多种机构过约束的分析方法。但是 ,这些方法还存在一些不足 ,还需进一步发展完善。因此在深入、系统研究这些方法的基础上 ,重点介绍了其中两种较好的方法 ,提出了一些新的见解 ,并总结出了一些完善过约束分析方法及其在消除或减小过约束影响设计、应用方面的结论和原则。 展开更多
关键词 平面闭链机构 过约束 制造误差 机械性能 公式计算法 回路自由度分析法
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曲柄群驱动机构概述 被引量：14
8
作者 汪玉琪 曹巨江 《机械传动》 CSCD 北大核心 2013年第4期134-136,共3页
介绍了一种新型传动机构——曲柄群驱动机构,包括它的研究背景、研究现状及机构的概念、运动形式、结构及构型、功能及特点、应用情况等,为今后对它的进一步研究奠定了基础。
关键词 传动机构 匀速转动 间隙 弹性 平行输出 过约束
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一种过约束并联机构受力分析的方法 被引量：12
9
作者 赵永生 许允斗 +1 位作者 姚建涛 金林茹 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期711-717,共7页
将一般过约束并联机构定义的过约束称为被动过约束,冗余驱动并联机构引入的过约束称为主动过约束,进而将过约束并联机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和冗余驱动过约束并联机构。详细地描述了被动过约束并联机构和冗余驱... 将一般过约束并联机构定义的过约束称为被动过约束,冗余驱动并联机构引入的过约束称为主动过约束,进而将过约束并联机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和冗余驱动过约束并联机构。详细地描述了被动过约束并联机构和冗余驱动并联机构受力分析的国内外研究现状,提出了一种过约束并联机构受力分析的方法。该方法定义了分支约束力螺旋系刚度矩阵,考虑连杆及驱动器的弹性变形,推导得到了约束力螺旋系幅值的一般解析表达式。该方法适用于一般的过约束并联机构的受力分析,通用性较强。 展开更多
关键词 过约束 冗余驱动 受力分析 约束力螺旋 弹性变形
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城市防洪非工程措施探讨 被引量：12
10
作者 郑风华 郑建华 崔豪斌 《山东水利》 2005年第12期25-26,共2页
关键词 城市防洪减灾 非工程措施 洪水灾害 科学发展观 洪涝灾害 洪灾损失 和谐相处 人与自然 城市化 过约束
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二自由度球面并联机构U_(P+R)静力学分析 被引量：12
11
作者 周玉林 李波 +1 位作者 杨龙 高峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第15期2081-2087,共7页
采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表... 采用拆杆法建立了机构的静力学平衡方程,考虑构件弹性,利用小变形叠加原理建立了机构的变形协调补充方程,进而完成了二自由度球面并联机构UP+R的静力学分析。通过计算,得到在三种载荷下构件上各力、输入转矩与机构位姿的关系图。结果表明,仅在外力作用下,机构的输入力矩恒等于零,构件上的力随机构位姿的变化比较平缓,仅在外力矩作用下,机构的输入力矩、构件上的力随着机构位姿的变化与机构的特性相关。力与力矩在构件上所产生的两部分力是独立的,并可以分离。研究结果为该机构在工程中的结构设计与应用提供了静力学理论基础和依据。 展开更多
关键词 球面并联机构 过约束 静力学 变形协调方程
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基于螺旋理论的单闭环多自由度过约束机构综合 被引量：10
12
作者 郭盛 方跃法 岳聪 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期38-45,共8页
以螺旋理论为基础,分析构成单闭环过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系,给出针对单闭环过约束机构的自由度计算公式。按照约束螺旋的性质将过约束螺旋分为具有不同阶数的力约束和力偶约束两类,总结所有可能形式的... 以螺旋理论为基础,分析构成单闭环过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系,给出针对单闭环过约束机构的自由度计算公式。按照约束螺旋的性质将过约束螺旋分为具有不同阶数的力约束和力偶约束两类,总结所有可能形式的独立过约束性质和数目及其组合。在给出特定过约束组合的条件下,应用虚功原理,以反螺旋理论为计算手段,得到多自由度单闭环机构的综合条件。应用解析的方法,得到满足机构为非瞬时运动的条件,给出机构的运动副轴线布置、运动副数目、运动副排列和空间几何条件。全面系统地解决了单闭环多自由度过约束机构的构型综合问题,群举所有可能的单闭环过约束并联机构。给出机构综合步骤以及部分典型机构的设计范例。 展开更多
关键词 过约束 单闭环机构 螺旋理论 自由度 综合
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多能域过约束并联机器人系统动力学建模方法 被引量：11
13
作者 李永泉 宋肇经 +2 位作者 郭菲 单张兵 张立杰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第21期17-25,共9页
采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型,该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化,能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程,但由于... 采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型,该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化,能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程,但由于被动过约束(公共约束和冗余约束)和主动过约束(冗余驱动)的存在,共有43个未知量需要求解。为此,针对被动过约束问题,分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;针对主动过约束问题,提出了采用输入力优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的多能域系统动力学全解模型。通过数值算例,验证了该方法的可行性和合理性。该方法可以推广到其他包含机、电、液、气的多能域过约束并联机器人系统,为该类多能域机器人系统动力学建模分析提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 动力学建模 过约束 旋量键合图 并联机构 多能域
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以对过约束的认识看自由度分析的历史发展 被引量：11
14
作者 卢文娟 张立杰 +2 位作者 谢平 张一同 黄真 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第15期81-92,共12页
过约束的处理是自由度计算的关键也是瓶颈,探索统一的自由度计算公式已经历一百五十余年的历史,回顾整个发展历程,其间伴随着人们对过约束由无到有,由浅入深的认识。以自由度计算的核心——"过约束"为线索,贯穿整个自由度发... 过约束的处理是自由度计算的关键也是瓶颈,探索统一的自由度计算公式已经历一百五十余年的历史,回顾整个发展历程,其间伴随着人们对过约束由无到有,由浅入深的认识。以自由度计算的核心——"过约束"为线索,贯穿整个自由度发展历史,介绍具有代表性的四十余种自由度公式,按照各自对过约束的处理方式将其分为三大类:原始的自由度公式、考虑机构阶的自由度公式以及考虑全部过约束的自由度公式,总结各类公式的特点、分析其历史地位,从一个新的角度了解自由度发展的历史,为能进一步找出研究工作将来的发展方向,同时提出具有通用性,实用性的自由度新理论奠定基础。 展开更多
关键词 自由度公式 过约束 并联机构 集合求交
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制造误差对过约束机构性能影响的研究 被引量：8
15
作者 秦伟 黄茂林 伍驭美 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第15期1327-1331,共5页
针对平面闭链机构为超静定的过约束结构和制造误差的非平面性 ,将结构力学中处理超静定结构的力分析法与平面连杆机构的动力分析相结合 ,以构件的扭转变形和弯曲变形为变形协调条件 ,建立了考虑非运动平面过约束的平面连杆机构动力学分... 针对平面闭链机构为超静定的过约束结构和制造误差的非平面性 ,将结构力学中处理超静定结构的力分析法与平面连杆机构的动力分析相结合 ,以构件的扭转变形和弯曲变形为变形协调条件 ,建立了考虑非运动平面过约束的平面连杆机构动力学分析模型。仿真结果揭示了制造误差对过约束机构性能的影响。 展开更多
关键词 制造误差 平面连杆机构 过约束 超静定结构 动力学分析
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基于运动约束解过约束并联机构变形协调方程 被引量：7
16
作者 韩先国 陈五一 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2005年第3期65-68,共4页
提出利用运动约束关系来间接求解过约束并联机构变形协调方程.首先介绍了该方法的原理,接着分别针对平面和空间过约束并联机构,详述该方法的解决步骤,结果验证了该方法的正确性,从中还可看出该方法在求解复杂过约束并联机构时非常简洁,... 提出利用运动约束关系来间接求解过约束并联机构变形协调方程.首先介绍了该方法的原理,接着分别针对平面和空间过约束并联机构,详述该方法的解决步骤,结果验证了该方法的正确性,从中还可看出该方法在求解复杂过约束并联机构时非常简洁,最后介绍了采用该方法解决多度过约束问题. 展开更多
关键词 过约束 并联机构 变形协调方程 运动约束 力学模型
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新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验 被引量：8
17
作者 赵延治 牛智 +2 位作者 焦雷浩 曹亚超 赵铁石 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第18期16-23,共8页
面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响... 面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论,推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵,建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度,基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程,推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上,设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机,搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统,对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵,分析得到了传感器测量精度,从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。 展开更多
关键词 六维力传感器 正交并联 过约束 重载 标定试验
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构架式可展开天线自由度与奇异性分析 被引量：7
18
作者 胡飞 宋燕平 +2 位作者 黄志荣 朱佳龙 刘文兰 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期24-32,共9页
针对以四面体为基本单元的构架式空间可展开天线,基于螺旋理论分析了多环耦合机构3RR-3RRR基本单元及多单元组网的自由度,降低分析此构架单元过约束与奇异性的复杂性。首先,根据螺旋理论能同时表示运动副轴线的位置和运动副类型的特点,... 针对以四面体为基本单元的构架式空间可展开天线,基于螺旋理论分析了多环耦合机构3RR-3RRR基本单元及多单元组网的自由度,降低分析此构架单元过约束与奇异性的复杂性。首先,根据螺旋理论能同时表示运动副轴线的位置和运动副类型的特点,建立了3RR-3RRR单元各铰链的运动螺旋并求解出单元过约束数;其次,运用修正的Kutzbach-Grübler公式求解出此单元的自由度,并分析出在特殊位形下的奇异性和瞬时性;最后,多单元组网成一个复杂耦合机构,采用等效构型的方法简化组网结构可得此天线反射器收展所需自由度,再通过计算各花盘的相对间距来验证构架可展开天线的收展协调性。研究表明构架式天线反射器3RR-3RRR四面体单元为单自由度机构且含有4个过约束,便于机构的展开控制,在同步杆铰链处于特殊位形下有约束奇异。组网后反射器桁架系统是单自由度机构,机构在单驱动运动过程中可展开完全,实现构架可展开天线各杆件在工作时运动协调,在空间机构领域具有良好的应用性。 展开更多
关键词 螺旋理论 自由度 过约束 奇异性 四面体单元 可展开天线
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基于一种自由度新理论的过约束判断方法 被引量：6
19
作者 卢文娟 张立杰 +1 位作者 曾达幸 张一同 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第17期17-24,共8页
过约束判断是机构自由度计算的关键,也是瓶颈。为使过约束判断更简单、快速,从其产生的本质出发,考虑约束的相关性,基于一种新的自由度理论,提出结合杆组参数矩阵进行过约束判断的方法。针对夹角不为零的平行R杆组(具有平行转动轴线的杆... 过约束判断是机构自由度计算的关键,也是瓶颈。为使过约束判断更简单、快速,从其产生的本质出发,考虑约束的相关性,基于一种新的自由度理论,提出结合杆组参数矩阵进行过约束判断的方法。针对夹角不为零的平行R杆组(具有平行转动轴线的杆组)位移参数确定问题,提出参数垂直分量有效法则,使考虑不同几何空间下的螺旋相关性问题转化为仅考虑平行约束的相关性判断问题。将过约束的产生归纳为三类情况,分析各类情况下过约束的数目及类型,总结过约束中公共约束判断和并联冗余约束判断的原则。以一个典型机构为例,利用上述方法对其过约束数目和性质进行求解,以进一步验证所提法则、方法的合理性和实用性。 展开更多
关键词 自由度 过约束 并联冗余约束 杆组位移参数
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平面闭链六杆机构的自调结构及允差的研究 被引量：6
20
作者 贺镇 黄茂林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第22期1978-1982,共5页
分析了串联watt型六杆机构的无过约束结构、自由度配置及在此配置下的自调与允差。结果表明:多回路机构只有按每一回路的零过约束配置设计,才能确保整个机构的无过约束,且每一回路内存在自调构件时,机构较易实现无过约束配置;公共铰链采... 分析了串联watt型六杆机构的无过约束结构、自由度配置及在此配置下的自调与允差。结果表明:多回路机构只有按每一回路的零过约束配置设计,才能确保整个机构的无过约束,且每一回路内存在自调构件时,机构较易实现无过约束配置;公共铰链采用V级副时,机构能同时保持平面运动特性;公共铰链的形位误差会直接影响两个回路的平面约束不确定性。 展开更多
关键词 过约束 自调机构 多回路 允差
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