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《长春工业大学》 2019年
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基于输出小波特征参数的连杆机构尺度综合研究

刘文瑞  
【摘要】:连杆机构尺度综合是连杆机构设计的主要内容。与解析法相比,数值图谱法在求解连杆机构尺度综合问题中不受给定精确点个数的限制,避免了非线性方程组求解、优化初值选取和迭代收敛性等问题。并且具有直观,可以把握机构大体的运动趋势和形状的特点,从而被广泛应用于连杆机构尺度综合。然而,现有数值图谱法大多只适用于整周期设计要求的连杆机构尺度综合,将数值图谱法应用于求解连杆机构非整周期尺度综合问题的理论方法研究还比较薄弱。因此,本文借助小波理论,对连杆机构多位置、非整周期尺度综合问题进行了深入、系统的研究。首先,基于Daubechies小波,提出了利用一维小波系数和二维小波系数描述连杆机构输出曲线(包括输出函数曲线和连杆轨迹曲线)的方法,并给出了连杆机构输出曲线小波系数的几何意义。在此基础上,重点分析了连杆机构输出曲线与对应小波系数的关系。从而建立了连杆机构输出小波特征参数的级数选取机制。其次,建立了平面四杆机构、球面四杆机构以及空间连杆机构输出函数的数学模型。通过对函数曲线小波系数的分析,发现了连杆机构输出函数曲线小波细节系数和机构基本尺寸型之间的内在联系。进而,建立了平面四杆机构、球面四杆机构、空间RSSR机构和空间RCCC机构输出函数曲线的动态自适应图谱库。提出了目标机构基本尺寸型的匹配识别方法以及机构安装位置和实际尺寸的理论计算方法。实现了常用连杆机构多位置、非整周期设计要求的函数综合。再次,建立了平面四杆机构连杆轨迹的数学模型。通过分析机构安装位置变化、机构整体缩放以及连杆上任意一点P的位置变化对轨迹曲线的影响,给出了利用预处理、小波变换及归一化处理方法,提取平面四杆机构连杆轨迹曲线输出小波特征参数的方法。从而,消除了机架旋转和平移、机构整体缩放以及P点位置变化对轨迹曲线输出小波特征参数的影响。进而,结合多维搜索树,建立了平面四杆机构连杆轨迹曲线的自适应图谱库。在此基础上,将基于输出小波特征参数的轨迹综合方法推广到球面及空间连杆机构非整周期设计要求轨迹综合中。根据机构特征尺寸型和对应输出小波特征参数之间的内在联系,建立了球面四杆机构和空间RRSS机构连杆轨迹曲线的动态自适应图谱库。从而,结合数值图谱法,将多维连杆机构轨迹综合问题转化为低维特征尺寸型检索问题和实际尺寸及安装位置计算问题。根据一般安装位置连杆机构的轨迹曲线小波系数和对应特征尺寸型生成机构的轨迹曲线小波系数的关系,推导出了计算目标机构实际尺寸及安装位置的理论公式。实现了平面四杆机构、球面四杆机构及空间RRSS机构非整周期轨迹综合。最后,基于本文的研究成果,结合基于傅里叶级数的整周期尺度综合方法,利用Matlab图形用户界面开发了适用于平面连杆机构、球面连杆机构及空间连杆机构的任意相对转动区间(包括整周期和非整周期)的连杆机构尺度综合计算机辅助设计系统。利用开发的系统对滚压包边设备的滚轮进给机构进行设计。以滚轮进给路径作为设计条件,设计出满足给定设计要求的平面四杆机构杆长尺寸和安装参数。利用四杆机构取代目前普遍采用的工业机器人来带动滚轮实现滚压包边。通过对实际机构的设计及试验研究验证了本文提出方法的实用性和有效性,同时,对滚轮进给机构的设计可以为滚压包边提供新的思路。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TH112

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