傳統(tǒng)機構(gòu)學正在對其研究對象、內(nèi)容、理論和方法等諸多方面發(fā)生深刻的變革。1990年以來,中國機構(gòu)學經(jīng)歷了一個較大發(fā)展。其中受控機構(gòu)(亦稱可控機構(gòu)或者混合輸入機構(gòu)或者混合驅(qū)動機構(gòu))分析與綜合及其應(yīng)用研究是10年來主要成果之一。 本文在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,以平面五桿機構(gòu)的型綜合、分析與綜合、結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)誤差分布及對實現(xiàn)軌跡的影響、控制系統(tǒng)為研究對象,考慮五桿機構(gòu)的運動學動力學特性,將新型智能計算方法與新設(shè)計理論引入其中,為平面五桿機構(gòu)軌跡綜合與創(chuàng)新設(shè)計提供了一種新的研究途徑。 首先,提出了兩種五桿機構(gòu)型綜合的新方法:“基于兩個類Ⅱ級桿組構(gòu)成法”和“基于兩連架桿+Ⅱ級桿組構(gòu)成法”。提出了全移動副的平面機構(gòu)自由度計算方法,通過當前熱門研究的四種常用型的研究和特征分析,并運用桿組理論提出的兩種型綜合方法,得出13種基本型。并分析了這13種基本型在實現(xiàn)軌跡時的演化規(guī)律,分析了五桿機構(gòu)實現(xiàn)軌跡時分析和綜合的特點,為基于特征值的五桿機構(gòu)分析與綜合奠定了理論基礎(chǔ)。 其次,提出了兩種五桿機構(gòu)精確實現(xiàn)多點軌跡的兩步尺度綜合的新方法:“軌跡實現(xiàn)模型+補償控制模型”的兩步綜合法和“軌跡實現(xiàn)模型+圓擬合模型”兩步綜合法。提出了“視角”“軌跡區(qū)內(nèi)”“軌跡區(qū)外”的概念,運用該概念能夠減少優(yōu)化的計算模型;建立實現(xiàn)多點軌跡五桿機構(gòu)全域最優(yōu)設(shè)計模型:“軌跡實現(xiàn)模型+補償控制模型”,考慮了五桿機構(gòu)的運動學動力學特性,獨立的設(shè)計變量為6個比傳統(tǒng)的要少,但模型數(shù)較多;構(gòu)造的適應(yīng)度函數(shù)保證了滿足約束條件的個體的適應(yīng)度值優(yōu)于不滿足的個體,且增強了優(yōu)化的吸引域,采用改進遺傳算法獲取全域最優(yōu)解;建立了受控機構(gòu)的“軌跡實現(xiàn)模型+圓擬合模型”優(yōu)化模型,運用廣義逆求解,實例計算表明:受控機構(gòu)必須考慮受控原動件的機械特性,必須選擇合適的控制策略和方法。 再次,提出了剛性受控五桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差合理分布方法;運用小波分析與變換,提高了補償運動的低頻特性。通過分析結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動參數(shù)誤差對實現(xiàn)軌跡誤差的影響,建立了全微分方程組,運用矩陣論的范數(shù)法,提出了剛性受控五桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差合理分布方法,可以減少補償運動不必要的調(diào)整,從而提高了五桿機構(gòu)實現(xiàn)軌跡的精度和五桿機構(gòu)的實用性;通過小波多分辨分析方法對可控五桿機構(gòu)的補償運動曲線進行分析,不僅有利于了解補償運動在各頻率段的分布,而且在滿足要求的前提下使特征數(shù)據(jù)點大為減少,并且消除了補償運動高頻部分,優(yōu)化了機構(gòu)的運動學和動力特性,為機構(gòu)動力學分析提供了一種新的方法。 最后,開發(fā)了受控五桿機構(gòu)的計算仿真和控制系統(tǒng)軟件。針對五桿機構(gòu)進行力學分析,運用“矩陣法”建立五桿機構(gòu)力學模型,研制開發(fā)本文的全部計算與仿真模型及軟件,研制開發(fā)五桿機構(gòu)力的控制硬件系統(tǒng)及其軟件,完成實驗臺研制;為五桿機構(gòu)的設(shè)計理論驗證和應(yīng)用研究提供強有力的支持。
【學位單位】：武漢科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：TH112
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的提出及研究意義
    1.2 單自由度機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 單自由度機構(gòu)的軌跡分析與綜合
        1.2.2 機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法
    1.3 受控機構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 二自由度機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計研究
        1.3.2 五桿機構(gòu)的構(gòu)型和曲柄存在條件
        1.3.3 五桿機構(gòu)的分析與綜合方法
        1.3.4 五桿機構(gòu)的動力學研究
        1.3.5 五桿機構(gòu)的系統(tǒng)仿真實驗及應(yīng)用研究
        1.3.6 當前受控機構(gòu)研究的不足和發(fā)展趨勢
    1.4 研究內(nèi)容與體系結(jié)構(gòu)
        1.4.1 來源
        1.4.2 研究內(nèi)容
        1.4.3 體系結(jié)構(gòu)
第二章 平面低副五桿機構(gòu)的基本型及其演化
    2.1 引言
    2.2 平面低副五桿機構(gòu)與桿組的關(guān)系
        2.2.1 全移動副平面連桿機構(gòu)
        2.2.2 平面低副Ⅱ級桿組規(guī)則和方法
        2.2.3 平面五桿機構(gòu)與桿組的關(guān)系
    2.3 基于兩個“類Ⅱ級桿組”的構(gòu)成法
    2.4 基于兩連架桿＋Ⅱ級桿組的構(gòu)成法
    2.5 主動件選擇的演化
    2.6 五桿機構(gòu)實現(xiàn)軌跡的構(gòu)成演化
    2.7 小結(jié)
第三章 基于運動學和動力學的受控機構(gòu)優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 五桿機構(gòu)的“軌跡實現(xiàn)模型+補償控制的結(jié)構(gòu)模型”“兩步綜合法”
        3.2.1 “封閉連續(xù)”軌跡曲線再現(xiàn)模型
        3.2.2 “視角”和“軌跡區(qū)內(nèi)外”的定義及其特點
        3.2.3 曲柄的“位置角”定義及其特點
        3.2.4 曲柄中心A 與軌跡的位置關(guān)系及其計算
        3.2.5 “封閉連續(xù)軌跡曲線”軌跡實現(xiàn)模型的優(yōu)化模型
        3.2.6 實例
    3.3 基于遺傳算法的五桿機構(gòu)實現(xiàn)軌跡優(yōu)化設(shè)計
        3.3.1 單曲柄存在條件及其特性
        3.3.2 基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計
        3.3.3 五桿機構(gòu)優(yōu)化模型
        3.3.4 實例
    3.4 基于圓擬合的受控五桿機構(gòu)廣義逆優(yōu)化
        3.4.1 圓擬合模型
        3.4.2 圓擬合優(yōu)化設(shè)計
        3.4.3 圓擬合的廣義逆求解
        3.4.4 實例
    3.5 小結(jié)
第四章 受控五桿機構(gòu)實現(xiàn)軌跡誤差的影響因素研究
    4.1 引言
    4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)的誤差分布及其影響
        4.2.1 補償運動的全微分及矩陣表達式
        4.2.2 最小范數(shù)法確定剛性受控五桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差向量
        4.2.3 剛性受控五桿機實現(xiàn)給定軌跡誤差的矩陣表達式
        4.2.4 實例
    4.3 基于小波分析與變換的補償運動分析
        4.3.1 小波分析與變換
        4.3.2 基于小波分析與變換的補償運動分析
    4.4 小結(jié)
第五章 受控五桿機構(gòu)力分析及試驗研究
    5.1 引言
    5.2 基于伺服電機選擇的受控五桿機構(gòu)力分析
        5.2.1 受控五桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理
        5.2.2 五桿機構(gòu)的力分析模型
        5.2.3 矩陣法求解五桿機構(gòu)的力（矩）
        5.2.4 實例
    5.3 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)
        5.3.1 軟件模塊的設(shè)計
        5.3.2 功能模塊的設(shè)計
        5.3.3 控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
    5.4 試驗臺研制
    5.5 仿真與試驗
    5.6 小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間的主要成果
致謝

【引證文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 朱小蓉;一類平面兩自由度并聯(lián)機構(gòu)的性能分析與優(yōu)選研究[D];江蘇大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 張兵;一種新的機電一體化機構(gòu)動力學平衡方法[D];東華大學;2011年

2 鄧文竹;三自由度混合驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)型綜合與應(yīng)用研究[D];中北大學;2014年

3 李迪敏;基于公理化設(shè)計的實驗系統(tǒng)設(shè)計—混合驅(qū)動機械[D];華東理工大學;2014年

本文編號：2856331