某一特殊普通面对称Bricard机构及其分析

该文的研究对象是一种特殊的Bricard6R机构——普通面对称机构.在6根连杆等长,且铰链连接、偏置为零的情况下,分析了连杆的闭环方程,得到了输入输出角之间的关系.同时通过分析,得出该机构的彼此相间隔的三点构成的平面相互平行.然后,通过Adams仿真,验证了之前理论分析的正确性.

二重对称Bricard 6R机构的运动学通解

可展结构可通过变更自身形状适应多种工作状态,具有大折展比、便于运输和储藏等优点,在航空航天、土木建筑、军事工程等领域具有广阔的应用前景.其中,利用空间过约束机构组建的机构式可展结构还具有便于操控和可多次重复使用等优势,是可展结构发展的一个重要方向.本文提出的一种新型二重对称Bricard 6R机构,具有较好的对称性,为机构式可展结构提供了一种潜在基本单元.为便于应用,本文对其运动学通解进行了求解.首先,通过D-H方法建立闭环运动方程,推导了该机构的运动学通解.其次,通过分析两条运动轨迹的交点,明确了分岔位置.接着,给出了该机构的另一运动模式——球面4R机构模式的条件以及运动规律方程.最后,以α=3π/2、γ=π/2、a=15、r=5的二重对称Bricard 6R机构为例,通过实物模型与运动学曲线相匹配的方式,验证了运动学通解的正确性.

基于Bricard机构的客机舱门多模式运动开启机构设计

舱门相对机身全方向位姿调整是舱门与机身外表面平滑连接、机身内外可靠密封的前提。针对现有提升臂4R机构串接铰链臂机构的开启支链不能实现舱门位姿全方向调整,提出以面对称Bricard机构代替4R机构的新型飞机舱门开启支链,与平行杆机构2-S-S支链构成3支链舱门开启并联机构。分析了Bricard机构6R、4R运动模式及模式切换条件;基于并联机构方位特征集理论,进行舱门开启机构不同模式下方位特征集分析,验证了串接铰链臂面对称Bricard机构6R模式、4R模式及模式切换可实现飞机舱门提升及全方向位姿调整;机构方位特征集揭示舱门机构提升、调整和旋转运动过程具有1个自由度及选取不同独立元素的3种运动模式:6R提升运动,球面4R调整运动,铰链臂旋转开启运动。嵌入面对称Bricard机构开启机构使得舱门能够全方向进行姿态调整,为飞机舱门开启机构的设计提供了新的思路。

基于正四棱台Bricard单元的双环可展开天线机构构型设计

单环桁架式可展开天线的结构刚度随口径增大而降低的特点制约了其大型化,提出一种基于空间过约束正四棱台Bricard机构单元的双环可展开天线机构设计方法。首先,由等腰梯形面对称Bricard机构综合出展开构型与正四棱台几何体具有相同几何约束的正四棱台机构。而后,以始终存在一组正交对称面为约束条件推导出正四棱台Bricard机构的扭角约束关系,满足该约束的正四棱台机构自由度为1、可束状收拢。最后,由正四棱台机构构建出5 m口径的双环桁架式可展开天线机构。为双环桁架式可展开天线机构设计提供了过约束机构方案,提高了桁架的利用率,有助于面对称Bricard机构的广泛工程应用。

面对称Bricard-like机构的设计与研究

由于空间单环机构巧妙的几何约束,Bennett机构、Bricard机构等被陆续提出并被广泛研究。将多个反四边形机构通过转动副回环连接,可以构造一类新型空间机构,该类机构具有类似空间单环机构的运动特点。提出了一种类似面对称Bricard机构的面对称Bricard-like机构。该Bricard-like机构由两个相同的反四边形单元和一个反平行四边形单元构成。根据反四边形单元的运动特点,将Bricard-like机构简化为变杆长的面对称Bricard机构。而后通过分析其等价6R机构的D-H参数及闭环方程,得到了该机构的自由度以及运动轨迹。此外,根据运动轨迹,分析了该机构的运动特性,揭示了该机构能够实现内翻运动和外翻运动,进而实现无限翻转运动。并讨论了该机构的无限翻转的可行性条件,给出了构造无限翻转机构的约束条件。最后通过制作样机模型,验证了构造方法的可行性和理论分析的正确性。

基于空间闭链连杆机构的可折展手爪设计

为了解决多关节手指和手爪多为刚性连接而运动范围有限等问题,课题组基于单自由度面对称Bricard空间闭链连杆机构,提出了一种手指单关节驱动机构。将多个单关节驱动机构串联,组合为一个单自由度的多关节手指驱动机构;进一步,通过课题组提出的单自由度同步驱动副,可同步驱动手爪中的3根多关节手指同步开合、抓取目标物体;在进行可折展手爪的运动学分析和参数求解之后,完成了可折展手爪的样机实验。验证结果表明提出的可折展手爪驱动机构设计合理、抓取性能可靠。

基于二重对称剪纸的新型超材料胞元结构的设计与特性分析

新型机械超材料结构通常由一些简单的单元(称之为胞元)通过三维规则阵列组合而成。得益于超常的物理特性,这些机械超材料结构往往具有轻质高强度、多稳态、优异能量吸收能力等优点,正成为众多领域的热门研究方向。为进一步丰富超材料结构种类,需探索更多优质胞元结构。折纸结构具有结构简单、便于折叠等优势,为构建超材料胞元提供了一种重要方式。利用一种具有较好对称的剪纸图案--二重对称剪纸图案,提出一种具有负泊松比特性且单自由度折展的二重对称剪纸胞元。通过分析胞元结构的几何参数对折展运动的影响,发现胞元具有一定的拉胀(即负泊松比)特性,当剪纸的设计变量γ趋近于0时,该胞元趋于经典的内凹蜂窝结构。相较于后者,所提出的胞元还具备单自由度折展特性,为快速搭建吸能结构提供了便利。该胞元结构利用折叠后的物理干涉产生的自锁效应,使得其处于折叠极限状态下具有负载能力。通过静态压缩试验,发现二重对称剪纸芯比内凹蜂窝结构具有更优异的负载能力,是一种优异的纸质超材料结构。该胞元的提出,为探索更多新型超材料结构提供了可能,还为之奠定了理论分析基础。

含可重构动平台的新型并联变胞腿机构设计

变胞机构在不同工作阶段会呈现拓扑结构形式不同的运动构态,为便于描述变胞机构各运动构态之间的关系,提出了变胞机构全构态的概念,据此提出了变胞并联机构的构型综合原理,即首先综合出变胞机构的全构态机构,然后由全构态机构经由其约束的增加(或自由度的衰减)演变为某一具体构态机构。构建了基于单自由度空间闭链机构的可重构动平台,据此实现了变胞并联机构的多运动构态切换。根据提出的变胞并联机构构型综合原理,对一种可实现三/四自由度构态切换的新型变胞并联机构进行了构型综合,然后将三重对称Bricard空间闭链机构作为变胞机构的可重构动平台,设计出了一种新型变胞并联腿机构。