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含柔性单元手指机构型综合理论研究

张小青  
【摘要】:平面机构的结构简单,操作和控制较容易,在工业生产和医疗机械等方面有广泛应用。本文开展对平面闭环运动链的拓扑图构型综合的研究,构造出一系列手指机构原型,丰富了含柔性单元构件手指机构的理论基础。首先,基于图论等相关理论知识,在修正的拓扑胚图中加入二副杆,构造数字拓扑图。利用特征字符串法对数字拓扑图进行同构性判定,得到有效数字拓扑图。然后对同构图进一步判定,除去实际无效的数字拓扑图。对有效的数字拓扑图采用邻接矩阵的判断方法,计算出所有可能运动链,并进行有效性判定,得到全部有效运动链组合。其次,根据有效数字拓扑图和相关的构型综合原理与方法,进一步研究了单自由度和多自由度的单、多指机构,构造出了大量的单自由度和多自由度刚性仿生操作机械手指机构,具有一弯、两弯、三弯的抓取特性。再次,在刚性拓扑图中引入柔性连杆单元,提出了含柔性连杆单元的等效拓扑图,并制定了相应的运动链有效性判定准则。在平面拓扑图的构型综合的基础上,对含单个和多个柔性单元的拓扑图进行构型综合的研究与设计,构造出含单个和多个柔性单元的不同弯度的具有良好自适应性的手指机构。最后,在现有的刚性和含柔性单元手指机构的基础上,利用CAD变量几何法验证其自由度,然后通过Matlab/Simulink模块对其运动特性进行仿真分析,结果证明了等效拓扑图和有效运动链方法对柔性手指机构的构型综合是可行的。


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