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《燕山大学》 2012年
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并联机构拓扑数组综合理论与计算机化研究

丁玲  
【摘要】:并联机构的广泛应用促使并联机构的创新研究不断发展,而作为机构设计主要手段的机构拓扑图型综合,近年来也成为了十分重要的研究课题和方向。本文利用数组作为主要手段对并联机构的综合进行了探讨。在合理的关联连杆组合的基础上,将并联机构综合分为两个阶段:胚图的综合和拓扑图的综合。其中对于综合过程中的关键环节:胚图和拓扑图的同构判断问题,提出了解决办法。对于综合过程用VisualBasic程序进行了实现。本文主要研究了以下问题: 对胚图进行了综合。解决了其中的关键问题胚图的同构判断问题。胚图因其支链上没有二元杆因此有着独特的特性,针对这一特点,依据图论中关于邻接矩阵的理论,利用路径数组来判断胚图是否同构。实现了胚图的自动生成。在已知合理的关联连杆组成的基础上,提出有着合理复杂度的胚图邻接矩阵生成算法。利用该算法生成所有可能的邻接矩阵,经同构判断后,将同构的胚图删除,保留相异的合理的胚图。基于一些关联连杆进行了胚图的综合。 在综合出的胚图的基础上,进行了拓扑图的综合。对于其中的关键环节拓扑图的同构判断问题提出了解决方法。提出利用特征数组来描述拓扑图,将特征数组作为同构判断的依据。利用特征数组的排列实现了拓扑图的自动生成。给出了生成所有可能的特征数组的算法,经过同构判断,删除了同构的特征数组,保留相异的特征数组,画出相应的拓扑图。对一些平面3DOF和4DOF并联机构的拓扑图进行了综合。 对综合出的拓扑图,通过运动副的等效代换对支链进行了综合。通过变换不同的运动副组合来得到不同自由度下的基本支链和普通支链,再由不同的支链组成不同结构的并联机构。对一些空间3DOF无冗余约束并联机构的支链进行了综合。 对部分综合出的拓扑图进行了机构模拟实现。利用CAD几何变量法构造模拟机构,简单介绍构造过程,并且利用自由度公式对模拟机构的自由度进行了验证。综合出了4个平面4DOF冗余闭环机构。 运动链拓扑图的同构判断是一个世界性的难题。针对该问题进行了相关的研究。首先,创造性的提出了利用生成树的数目作为运动链拓扑图同构判断的必要条件,利用生成树来判断运动链拓扑图的不同构。提出该方法是因为这个必要条件求解过程十分简单且使用方法易于掌握,而且排除掉大量异构的运动链,下一步同构运动链的判断正确率可以大大提高。其次,将胚图和拓扑图的同构判断加以总结,延伸出它们在运动链同构判断中的普遍意义,提出了一个基于胚图的运动链拓扑图同构判断方法。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH112

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