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机构奇异位形特性及应用研究

李纯刚  
【摘要】: 奇异位形,也称特殊位形,是机构的固有性质,机构的运动、受力、控制以及精度等诸方面的性能都与机构的奇异位形密切相关。另外,也有许多奇异位形工作的机构,如飞行器舱门的关闭与锁止,飞机起落架,航天对接系统等。因此深入研究机构的奇异位形本质问题,对于奇异位形功能的更好应用具有重要的意义,同样对于那些需要减小或消除奇异性影响的机构,也有非常重要的意义。本论文针对这个问题进行了以下的研究工作: 本文首先对现有奇异位形的分类方法进行阐述,对各方法进行比较,分析这些方法中存在的问题,然后在机构自由度定义及机构奇异位形物理意义基础上,从变分的角度提出了针对一般闭环机构的奇异位形分类和判定方法,将闭环机构的奇异位形分为三类,分别是位形空间奇异,驱动奇异以及末端执行器奇异。最后运用该方法对典型的闭环机构奇异性进行分析。 针对闭环机构奇异位形,进行了二阶分析。提出判断机构在位形空间奇异位形处,存在有限运动并出现运动分叉的判断条件;指出当机构发生驱动奇异时,驱动关节处于死点位置而被动关节却存在瞬时的运动。被动关节的瞬时运动有两种情形,一种是瞬时的无穷小运动,而另一种是被动关节存在有限的运动,提出被动关节存在有限运动的判定条件;定义了一种退化的末端执行器奇异并提出了其判定条件,进而得到机构发生退化的末端执行器奇异所需的结构参数和位置条件。 对闭环机构三类奇异位形与力之间的关系进行了初步研究,明确了三类奇异位形的物理意义,并对其应用进行了一定分析。


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