文档硕士论文文献综述

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1、传统机构学的发展经历了三个垂要时期：徳国学派、前苏联学派与美国学派，现已进入一个新的重要时期，构建与发展现代机构学，为现代机构创新设计提供系统理论与有效方法，以适应多学科技术交叉的现代机械系统（如机器人系统）发展的需要。现代机构学由结构学、运动学和动力学三大块组成，其中在结构学与运动学方而已有较多学者进行了相关研究，而且形成了较成熟的理论，但是关于动力学的研究尚未形成完整、系统的理论1,且未与结构学、运动学形成较好的统i模型，因此还需对机构动力学做进一步深入的研究。一、现代机构学理论体系及其发展趋势1现代机构学理论体系的构建机构学乂称机构和机器

2、理论简称机械原理。18世纪下半叶第一次工业革命促进了机械工程学科的迅速发展，机构学在原來的机械力学基础上发展成为一门独立的学科，通过对机械的结构学、运动学和动力学的研究形成了机构学独立的体系和独特的研究内容，对于18至19世纪产生的纺织机械、蒸汽机及内燃机等的结构和性能的完善起了很大的推动作用。随着科学技术的飞速发展，当今世界乂在经历场新的产业革命，现代机械的概念已大大不同丁•16世纪机械的概念，其特征是以貝有计算机信息处理和控制的手段，从而促使机构学发生广泛、深刻的变化2,在这样背景下各学者着手构建现代机构学理论体系。1.1现代机构拓扑结构学

3、机构拓扑结构学是为发明新机构提供系统理论与使用方法，基本理论主耍围绕非数值类非线性问题展开。内容涉及：借助符号运算的机构结构一功能Z间的映射关系，映射关系的解空间，以及解空间方案的非数值优化理论与方法的研究。在机构拓扑结构学方而杨廷力教授深入研究并总结了一套完整的理论3,该理论把结构学的结构分析和综合闸述得十分详细。对于结构分析，杨廷力教授将机构拆分成有序的单开链单元（SOC）4-6,在7计算机构活动度时给出了具有普遍意:义、易计算的公式：ml'fiMinLj（m运动副数，基木回路数，Lj第j个基本回i1j1路单独存在时的秩，机构虚约束）。除此

4、Z外，为了表征运动链回路Z间的耦合程度，提出了耦合度的概念。3结构综合可分为两人类：串联机构拓扑综合和并联机构拓扑综合。拓扑结构综合的步骤是：首先选定单开链的运动输出矩阵，然后确定运动副类型与数目，再确定运动副轴线方位的配置类塑，最后检验运动输出特征矩阵。1.2现代机构运动学机构运动学应为机构运动学设计提供系统理论与实用方法，基本理论主要围绕数值类非线性方程的建立、方程的解空间以及解空间的方案的优化理论与方法问题展开。机构运动学主要研究两类问题：运动分析与综合，其基本框架如图1所示。文献综述拓扑机构运动学建模方程的计算机自动生成基于杆、副单元力

5、学原理逻辑原理解空间：方程求解方法拓扑描述基于树与连支机构运动学特性分析基丁-有序单开链数学方法特性指标与尺度域尺度参数与控制性能图11.2.1运动分析I位置分析位置分析中有两个基本问题即机构位置的正解、反解问题。己知机构各输入运动副的位置参数求解输出件上平台的位置参数称之为机构位置的正解已知输出件上平台的位置参数求解各输入运动副的位置参数称Z为机构位置的反解。对于串联机构正解问题简单而逆解问题复杂：而并联机构正相反反解问题比较简单正解问题却是并联机构运动学的难点Z—且在实际应用中具有重要意义8。例如如何用绘小的机构尺寸获得必要的工作空间如何避

6、开机构运动的奇异位置以及分析机构末端输出误差及实际运动轨迹等问题都需要机构位置正解。位置正解的核心是求解一组非线性约束方程，H前位置正解方法主要有9数值法和解析法。数值法的优点是建立数学模型简单没冇繁琐的数学推导可求解任何并联机构缺点是计算速度较慢当机构接近奇界位形时不易收敛很难求得全部位置解结果与初值选取有直接关系。对数值法的研究主耍集中在两个方而:一是如何对方程组降维以提高求解速度二是如何得到所有可能解。解析法主要是通过消元法消去机构方程中的未知数从而使得机构的输入输出方程为仅含有一个未知数的高次方程。其特点是可求初位置正解的所有可能解可以

7、避开奇界问题不需初值但数学推导极为复杂当所求解的一元代数方程的次数不大于4时求解速度较快反Z求解速度较低。近年來少自山度并联机器人机构成为新研究热点在其机构位置正解分析小解析法被广泛采用。II速度和加速度分析机构速度、加速度分析常用方法冇矢量法、张量法、旋量法和网络分析法等。在理论上一般是对位置运动方程进行求导从而得到速度、加速度方程但由丁-位置运动方程本身就很复杂要想求其一阶、二阶微分方程有时很难实现。目前并联机器人机构运动分析中应川较为有效的方法是运动诊响系数法，机构速度、加速度都可山一阶、二阶运动影响系数显式表达而运动影响系数与机构的速度

8、、加速度等运动参数无关只与机构的运动学尺寸、机构的类型及机构的位置冇关即与机构的位形冇关计算比较简单。根据并联机器人机构结构特征求影响系数一般不需要求