變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)研究與應(yīng)用.pdf

1、變胞機(jī)構(gòu)是1998年在亞特蘭大召開的第25屆ASME機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)雙年會(huì)上首次提出的一種新型機(jī)構(gòu)，它是一類能從一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式變換到另一種拓?fù)浣Y(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(jī)構(gòu)。變胞機(jī)構(gòu)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到廣泛關(guān)注，成為機(jī)構(gòu)學(xué)的研究熱點(diǎn)。柔性變胞是變胞機(jī)構(gòu)的一個(gè)新的研究方向，具有變胞機(jī)構(gòu)和柔性機(jī)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。目前已有文獻(xiàn)對(duì)變胞機(jī)構(gòu)的研究日益增多，但對(duì)柔性變胞機(jī)構(gòu)的研究還很少，可以預(yù)見

2、柔性變胞機(jī)構(gòu)必將成為變胞機(jī)構(gòu)新的研究熱點(diǎn)。
　　 變胞機(jī)構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)主要是結(jié)構(gòu)學(xué)上的不同，變胞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)也是研究運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。本文對(duì)變胞機(jī)構(gòu)（剛性變胞機(jī)構(gòu)）和柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)進(jìn)行了研究。對(duì)于剛性變胞機(jī)構(gòu)，提出了基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣運(yùn)算的變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合方法，使變胞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合的矩陣演算方法擴(kuò)展到了包含復(fù)鉸的變胞機(jī)構(gòu)。為了解決剛性變胞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合中同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈的識(shí)別問題，提出了基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣的運(yùn)動(dòng)

3、鏈同構(gòu)的判定方法。對(duì)于柔性變胞機(jī)構(gòu)，提出了柔性變胞機(jī)構(gòu)的定義和組成元素、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和鄰接拓?fù)鋱D、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(yùn)算的柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合方法。
　　 基于單色拓?fù)鋱D的鄰接矩陣只能表示單鉸機(jī)構(gòu)，不能有效表示復(fù)鉸機(jī)構(gòu)，變胞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)變換的鄰接矩陣運(yùn)算方法也只能適合單鉸變胞機(jī)構(gòu)。對(duì)于單鉸和復(fù)鉸變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析，本文以雙色拓?fù)鋱D的廣義關(guān)聯(lián)矩陣來表示全部單鉸和復(fù)鉸變胞機(jī)構(gòu)，提出了廣義關(guān)聯(lián)矩陣運(yùn)

4、算算法，并給出了該算法的運(yùn)算步驟和運(yùn)算規(guī)則。通過應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了廣義關(guān)聯(lián)矩陣及其算法對(duì)于變胞機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合方法只能適合單鉸機(jī)構(gòu)，綜合結(jié)果也不能包含符合變胞要求的復(fù)鉸機(jī)構(gòu)。對(duì)于包含全部單鉸和復(fù)鉸變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合，提出了基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣運(yùn)算的變胞機(jī)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合實(shí)例，驗(yàn)證了該方法對(duì)于單鉸和復(fù)鉸變胞機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合的正確性和有效性。

5、r>　　 在變胞機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合中，識(shí)別同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)且鉀Q的主要問題之一。針對(duì)此問題提出了一種基于廣義關(guān)聯(lián)矩陣的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈同構(gòu)的判定方法，給出了該方法的詳細(xì)的判定規(guī)則和步驟，并通過實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。該方法對(duì)于運(yùn)動(dòng)鏈的同構(gòu)判定具有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、高效、實(shí)用的特點(diǎn)。
　　 柔性變胞機(jī)構(gòu)是變胞機(jī)構(gòu)的一個(gè)新的研究方向，本文給出了柔性變胞機(jī)構(gòu)的定義和柔性變胞機(jī)構(gòu)的組成元素，并給出了柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示方法，提出了柔性變胞機(jī)構(gòu)的鄰

6、接拓?fù)鋱D和鄰接矩陣的表示方法。對(duì)于柔性變胞機(jī)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(xué)運(yùn)算方法，并通過應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了該鄰接矩陣運(yùn)算方法對(duì)于柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是有效的和正確的。
　　 對(duì)于柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合，提出了基于鄰接矩陣運(yùn)算的柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法，給出了該方法詳細(xì)的運(yùn)算規(guī)則和運(yùn)算步驟。通過對(duì)一個(gè)三桿至四桿柔性變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用實(shí)例，給出了該方法的具體應(yīng)用過程，并通過應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了該方法對(duì)于柔性變胞機(jī)