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直线轨迹导引机构综合方法研究

王忠  
【摘要】:能产生直线轨迹的机构特别是铰链四杆机构的综合问题目前又成为了机构学的研究热点。由于直线导引机构可以实现无导轨的直线运动,其制造简单,能够真正实现导路上无摩擦和磨损,在现代工业机器人技术中有着重要的应用价值;再者,将它作为前置机构,利用其带有一段近似直线的连杆曲线,再串接一个带滑块的Ⅱ级杆组,就可以方便地得到一个实现近似间歇的连杆机构;还可以将其用于实现无冲击的步进机构;以及具有水平直线或具有铅垂直线段的四杆起重机构等,总之,该机构在机械工程中有诸多方面的应用,而当今机械向高速、高精度方向发展的需要,又对直线机构的精度提出了更高的要求,因此,直线导引机构的综合方法研究具有重大的理论意义和实践价值。 本文通过研究,成功地解决了两种类型直线导引机构的综合问题,第一种为精确直线导引机构综合;第二种为近似直线导引机构综合。其具体研究工作及创新点主要体现在以下几个方面: (1)精确直线导引机构综合的理论和方法部分:从几何定理出发,证明了直线轨迹存在的一种几何条件;综合出了能够发生精确直线轨迹的基础机构,它们是综合出精确直线导引机构的最底层的机构,应用它们可以迅速地开发出许多单自由度的八杆直线导引机构或其他多杆直线导引机构。该方法获得的是精确直线导引机构,理论上不存在误差。文中提出的精确直线机构的设计方法,为该类机构的综合提供了一种新思路、奠定了一定的理论基础,具有较强的理论价值和实践意义。 (2)近似直线导引机构部分, ①研究了特殊位型下拐点圆的图解方法,包括:连架杆与机架共线、连架干与连杆共线的两种特殊位置下拐点圆的图解,充实了拐点圆的理论,它是解决特殊位型下特定点的近似直线轨迹综合问题的基础; ②针对铰链四杆机构连杆瞬心无穷远时拐点圆不存在,现有的一些方法却难综合出近似直线轨迹四杆机构。根据运动学原理进行分析,推导了连杆上任意点曲率计算公式;得到了求解铰链四杆机构连杆两铰链线上零曲率点的图解法,该法能够方便、直观地解决瞬心无穷远时近似直线的四杆机构的综合问题。从理论上解决了瞬心无穷远时,特定位置近似直线轨迹导引机构的综合问题,得到的方法简单、直观、适用,补充和完善了拐点圆这一运动几何学的理论。 ③针对轨迹对称机构和结构对称的铰链四杆机构,提出了利用拐点和插值结点相结合的轨迹综合方法,综合出的机构其误差小于传统的经典近似直线机构。该方法提升了Robert及Tchebycheff机构的精度; ④对于结构对称的铰链四杆机构,文章中提出了“三切点”综合法的理论,即在给定直线上三个点实现一阶密切的对称铰链四杆近似直线机构的方法。应用位移矩阵理


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