Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构轨迹综合的代数求解

为弥补精确点法、优化法和数值图谱法等已有方法的不足,进一步提高Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构连续轨迹综合的精度,提出了一种基于傅氏级数的平面六杆机构轨迹综合的代数求解新方法。通过将Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构拆分为四杆机构和二级杆组,对设计变量进行解耦。在利用已建立综合方法得到左侧四杆机构设计参数的基础上,依据复数矢量理论,建立了含有右侧二杆组设计变量的封闭矢量方程式,将由傅氏级数表示的连杆转角函数代入封闭矢量方程中,经过消元、代换将方程转化为由设计变量、连杆转角函数谐波参数和输入转角表示的复数方程。根据复指数的性质,得到了含有机构设计变量和连杆转角函数谐波参数的表达式,确定了转角函数谐波参数与设计变量间的函数关系。根据这一函数关系建立综合设计方程,利用Groebner基代数法进行消元,将综合设计方程化简为含有机构设计参数和连杆转角函数谐波参数一元四次方程,求解得到右侧二杆组设计变量的解析解,建立了右侧二杆组设计变量计算的通用公式。利用该方法进行连杆机构轨迹综合,可以得到左侧四杆机构的12组设计参数以及右侧二杆组的4组设计参数,将所得结果进行组合,最终可以得到48组Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构轨迹综合设计参数。通过运动仿真程序对综合结果进行验证,检验其是否存在曲柄,有无分支、顺序问题,并依据综合误差,最终可得到满足要求的设计参数值。在理论分析的基础上,进一步归纳总结明确了使用该方法进行轨迹综合的具体步骤,利用MATLAB软件编写求解程序,并通过数值实例验证该方法的有效性和可行性。结果表明:该方法实现了Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构的连续轨迹综合,克服了精确点法受机构未知量个数限制,无法实现多点位轨迹综合的不足。与已有数值图谱法和优化法相比,该方法不需要预先建立数值图谱库,也不需要提供优化初值,其通过方程求解得到综合设计结果,具有求解精度高、计算速度快、可重复性强的优点,更加便于计算机编程,为机构综合软件的开发提供了理论基础。

Stephenson-Ⅲ六杆机构死点位置的研究

当机构处于死点位置时,其机械效率等于0。文中基于机构机械效率与瞬心之间的关系,给出了机构处于死点位置时机构瞬心需满足的充要几何条件,全面讨论了Stephenson-Ⅲ型六杆机构所有可能发生死点的位置;它避免了处理复杂代数方程,并且在处理多杆机构时优越性更加明显,对于含有移动副的连杆机构也是可用的。

Stephenson-Ⅲ型球面六杆机构曲柄存在条件探究

将Stephenson-Ⅲ型球面六杆机构看作是由1个基础球面四杆机构和1个球面二杆组组成的多回路机构。该机构的曲柄存在条件将由其各回路特性共同决定。根据连杆机构的组成原理,运用球面三角学导出球面四杆机构曲柄存在条件,再结合机构的可装配条件,给出了Stephenson-Ⅲ型球面六杆机构曲柄存在条件。构建了机构3维仿真模型,用仿真分析方法验证了结果的正确性。

基于PSO的平面StephensonⅢ型六杆函数发生机构综合

微粒群优化算法(PSO)具有算法简单、收敛速度较快、全局优化能力较强、控制参数少等优点。基于“三杆组”方法建立了综合StephensonⅢ型六杆函数发生机构的一般方程组,并将之转化为无约束优化模型。首次应用一种改进的PSO———多步长PSO(MSPSO)求解此优化问题,找到了实现输入角-输出角对应精确位置数最大时该问题的一批有意义解,为实际机构的设计提供了多种备选方案。

混沌遗传优化方法与平面StephensonⅢ型六杆机构的函数发生器综合

分析了平面StephensonⅢ六杆机构综合的现状 ,综合各种优化方法后 ,对混沌算法和遗传算法的混合进行了分析。利用混沌运动的遍历性、内在随机性、“规律性”以及对初值的敏感性等特点 ,结合遗传优化算法 ,提出了混沌遗传算法。运用MATLAB6.1高级程序设计语言编制了计算程序 ,对平面StephensonⅢ型六杆机构的函数发生器综合 ,从而找到了实现最大精确点时该问题的一批有意义的解 。

Stephenson Ⅱ型六杆机构曲柄存在条件及判断方法

曲柄问题是机构综合中一个基本问题。对于 Stephenson 型六杆机构 ,由于有多达六个回路 ,不同的回路又有不同的旋转性 ,且主动件相对于机架在通过大于 36 0°的角度时会产生振荡 ,所以其曲柄存在的判别一直未得到圆满解决。本文在距离曲线限制线法回路分析的基础上 ,通过对表示此类机构回路的曲线 (段 )的深入分析 ,给出了此类曲柄存在条件及判断方法 ;从而解决了机构综合中最困难的问题之一 ;最后以实例证明了此方法的正确性。此外 ,该方法还可以扩展到其他类型的六杆机构曲柄存在的判断。

瓦特型六杆机构的简化函数综合法

针对瓦特型六杆机构优化困难的问题,基于六杆机构简化函数综合原理,采用层叠目标优化算法,对瓦特型六杆机构进行分析,建立数学模型,给出了优化算法流程.并进行了实例计算、仿真分析.结果表明层叠优化算法适用于求解瓦特型六杆机构.将六杆机构拆为四杆机构和二杆机构这种方法是可行的,仿真数据表明误差控制在很0.4 mm的范围内,证实了该方法正确有效,为研究对六杆机构综合提供了新的思路和方法 .

全铰链Ⅲ级六杆机构的有曲柄条件

以Ⅲ级六杆机构为例 ,采用降级法加以研究。改变Ⅲ级机构的原动件 ,将其变为Ⅱ级机构 。

斯蒂芬逊型六杆机构运动分析与仿真

采用解析法推导斯蒂芬逊型六杆机构各杆件的位移、速度和加速度表达式,并将其转化为适用于MATLAB仿真的矩阵数学模型。运用MATLAB/Simulink软件中Embedded MATLAB Function模块编写该机构中速度矩阵的M函数并结合其它模块对其进行运动学仿真。通过Simulink仿真可以获得该机构的运动曲线,直观地描述了机构的运动规律并为其动力学设计部分提供依据。

Stephenson-Ⅲ型机构的运动学仿真

针对Stephenson-Ⅲ型的三级机构,应用复数矢量法建立了机构运动学分析的数学模型及相应的Simulink仿真模型,编制了系统分析的M文件。通过Newton迭代法、速度仿真先后得到系统相容性初值;在仿真模型中解决了精度和代数环问题;给出实例并验证了该机构的仿真结果,说明采用该方法可以有效对多杆机构进行动态分析。

Stephenson型平面六杆机构的运动领域识别法

Stephenson型平面六杆机构,可分解为平面四杆机构和一个Ⅱ级杆组,其运动领域可分离为连杆轨迹曲线上的两个边界点或边界转向点。将这些分支的运动领域映射在数轴上,用雅可比矩阵的系数行列式的符号和相应构件角位移的正弦符号来识别。

基于共形几何代数的Stephenson-Ⅲ型机构的死点辨识

基于共形几何代数方法建立了Stephenson-Ⅲ型机构的闭环约束方程,运用欧拉公式将方程表示成复数指数形式,描述了公式中各参数与共形空间中各矢量的相互关系,推导出了求解连杆机构运动姿态的输入-输出方程组,并在给定输入下得到了机构位置解。根据各输入杆变量的Jacobian矩阵的行列式的值等于0,推导得出了机构死点位置的判别式,得到了在死点构型下机构的位置解,通过与传统数值法计算结果的比对,验证了该方法的正确性和有效性。

平面六杆机构的型综合及应用

研究平面六杆机构可以更好的应用于生活中,在平面六杆机构中平面六杆机构的构型的一些分类,在我们的生产生活中应用非常广泛,如在汽车转向机构、颚式破碎机机构、牛头刨床中、插床机构中等都有应用。介绍平面六杆机构的一些优缺点,举出一些平面六杆机构的一些构型图,让人们可以更加直观的了解平面六杆机构,从而更好地掌握平面六杆机构。

带移动副的级六杆机构有曲柄条件

以带移动副 级六杆机构为例 ,采用降级法加以研究 ,改变 级机构的原动件将其变为 级机构 ,并用由此确定的机构极限位置为机构模型建立了带移动副的 级六杆机构的有曲柄条件。

大口径主镜的六杆硬点定位机构参数优化

为了保证4m口径碳化硅主镜的六杆硬点定位系统有足够高的固有频率,对六杆硬点定位机构的构型参数进行了优化设计。首先,推导了主镜六杆硬点定位系统的动力学方程和固有频率方程,建立了机构的构型参数、硬点的轴向刚度、主镜的质量和惯量与主镜系统的固有频率之间的函数关系;接着,通过有限元分析获得了用于4m碳化硅主镜定位的硬点的轴向刚度;然后,基于固有频率方程,以最大化4m碳化硅主镜系统的一阶固有频率为目标,使用遗传算法对六杆硬点定位机构的构型参数进行优化;最后,对最优构型下的4m碳化硅主镜系统进行了模态分析。硬点的轴向刚度为33.044 N/μm,优化后的4m碳化硅主镜系统的一阶固有频率达到30.83 Hz,相对初始值有较大提高。优化方法可以有效提高主镜六杆硬点定位系统的一阶固有频率。

Stephenson-Ⅲ六杆机构死点位置的结式消元法识别

提出了一种基于结式消元的Stephenson-Ⅲ型六杆机构死点位置识别的新方法。Stephenson-Ⅲ六杆机构输入-输出方程的重根和机构的死点与双点位置是一一对应的。将Stephenson-Ⅲ六杆机构看作由一个四杆链和一个五杆链组成,首先分别建立这两个运动链的闭环矢量方程,然后利用消元法和正切半角替换推导出机构的输入-输出多项式方程和关于机构双点的一元六次方程;基于Sylvester结式定理求得机构输入-输出方程的重根和双点方程的实数根;从输入-输出方程的重根中删除机构的双点位置即得到机构的死点位置构型。

基于Sturm定理的Stephenson-Ⅲ六杆机构曲柄存在的判断

耦合度为1的Stephenson-Ⅲ六杆机构由于其有多达6个的回路,不同回路具有不同的旋转特性,且主动件相对于机架会在大于360°的角度产生振荡,所以其曲柄存在的识别问题至今没有得到圆满的解决.利用消元法和正切半角替换推导机构的输入-输出多项式方程,基于其Sturm序列及机构在死点位置的构型特点得到Stephenson-Ⅲ六杆机构的死点位置存在的充要条件,由判断死点所在回路的方法,实现Stephenson-Ⅲ六杆机构曲柄存在的识别,并通过实例证明该方法的正确性.

平面3-DOF PRR-RRP型六杆机构的曲柄存在条件

针对平面3-DOF PRR-RRP型六杆机构,引入虚杆概念。通过虚杆等效方法,将六杆机构等效为四杆杆链。基于Grashof定理,全面分析了PRR-RRP型六杆机构各构件长度与曲柄存在的关系。根据机构的装配关系,推导出不同杆长关系下的曲柄存在条件,并给出判定PRR-RRP型六杆机构曲柄的程序流程图。该条件为平面3-DOF PRR-RRP型六杆机构的设计与优化奠定了基础。

基于GA-BFGS的六杆下肢康复机构设计

提出一种基于遗传-拟牛顿(GA-BFGS)混合算法的Watt-Ⅰ型六杆机构优化算法,并针对多自由度下肢康复机器人结构复杂、控制困难、造价昂贵等问题,设计了两种单自由度Watt-Ⅰ型六杆下肢康复机构.首先,由目标步态轨迹和Watt-Ⅰ型六杆机构运动学模型构造两种目标函数;然后,结合遗传算法全局搜索性和拟牛顿算法局部细致寻优的特点,使用GA-BFGS混合算法对目标函数进行迭代寻优,得到优化后的机构尺寸;最后,分别将两种下肢康复机构应用于下肢康复机器人,并对其进行了结构设计.结果表明:两种下肢康复机构都能较好地复现目标步态轨迹,一种侧重于复现其时序,另一种侧重于复现其形状,这验证了该算法对于Watt-Ⅰ型六杆机构轨迹综合问题的有效性.

“斗牛士”健身车创新设计

结合普通自行车和齿轮连杆机构创新设计了一款新型"斗牛士"健身车,该设计将后叉架连接到双后轮外伸悬臂轴,并可调节,将车身主体相应进行更改;该健身车为包含一个PR-RR-RRⅢ级组的六杆机构;采用牛顿-拉普森法进行机构运动学分析求解,并进行运动仿真和验证了设计理念。该健身车骑行难度可调,骑行时身体姿态不断变化,拟合斗牛运动特性,是集健身与趣味性、娱乐性于一体、进行户外健身运动的理想健身器材。