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变胞机构的结构学分析与综合及应用

纪鑫  
【摘要】:变胞机构是一种可高度展开、折叠的机构,具有构态变化和自动组合等特点,能在不同的状态下改变机构有效杆件的数目从而提供不同的自由度数,自动组合出新的机构,以适应不同功能的需要。变胞机构的结构学分析,即研究变胞机构的结构组成及拥有确定运动的条件。变胞机构的结构学综合,是变胞机构合并变胞的逆过程,即由终态结构综合出满足变胞要求的始态结构,从而通过结构综合发明新的变胞机构。复铰变胞机构的结构学分析综合问题一直是变胞机构结构学研究的难点问题。 首先,对于单铰和复铰变胞机构的结构分析,本文以一种改进型双色拓扑图为基础,提出了提出一种新的邻接矩阵——改进型邻接矩阵来表示全部单铰和复铰变胞机构,并基于此改进型邻接矩阵,提出了基于改进型邻接矩阵的变胞机构拓扑结构变换分析算法,给出了运算规则与运算步骤,并通过实例验证了该算法的正确性。 其次,对于包含全部单铰和复铰变胞机构的结构综合,提出了基于改进型邻接矩阵运算的变胞机构结构综合方法。通过四构件综合到五构件的变胞机构结构综合实例,验证了该方法对于复铰变胞机构结构综合的正确性和有效性。 再次,变胞机构的同构判别是变胞机构综合研究中的重点内容,而复铰机构的同构判别更是机构同构判别领域的难点问题。本文将基于新提出来的改进型邻接矩阵,提出一种判别复铰机构同构的新方法。并通过综合出的复铰机构实例对此方法进行了验证。 最后,基于变胞机构综合的结果,本文设计了两种具体变胞机构的应用实例。结果表明,所提出的改进型邻接矩阵算法可以进行复铰变胞机构的分析和综合,为变胞机构的理论完善和进一步应用奠定了一定基础。


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