空间机构运动学建模与分析方法的研究

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1、第43卷第5期西安交通大学学报Vo1．43№52OO9年5月JOURNALOFXIAN儿AOTONGUNIVERSITYMav20O9空间机构运动学建模与分析方法的研究袁清珂，姜歌东(1．广东工业大学机电工程学院，51O0O6，广州；2．西安交通大学机械工程学院，71OO49，西安)摘要：为了快速高效地建立空间机构运动模型以进行运动学特性分析，运用多体动力学原理，提出了一种计算机符号建模与数值的计算方法．在每根杆件上的运动副处建立笛卡尔直角坐标系，用这些坐标系之间的关联关系来描述空间机构的结构形态，推导了同一杆件上2个坐标系之间的变换关系，得到了杆件形状矩阵．根据运动副的类型和

2、属性，推导了同一运动副处不同杆件上2个坐标系之间的变换关系，得到了运动副约束矩阵．通过在运动链上连续使用变换矩阵，建立了空间机构的数学模型，并用推导的运动方程对时间求导，得到了空间机构的速度和加速度方程．研究表明，由开发的空间机构运动学分析软件，结合空间4杆机构的运动学分析，验证了建模与求解方法的正确性，从而为空间运动机构建模与运动学分析提供了一种有效的方法．关键词：空间机构；结构形态；符号建模；运动学分析中图分类号：TH112；TP113．2文献标志码：A文章编号：0253—987X(2O09)O5一O099一O5ModelingandAnalysisMeth0d0fSpat

3、ialMechanismKinematicsYUANQingke，JIANGGedong(1．College0fMechanicalandElectricalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzh0u51O006，China2．Scho0lofMechanica1Engineering，XianJiaotongUniversity，Xian710O49，China)Abstract：Torapidlyandefficientlymodelandanalyzethekinematicscharacteristicso

4、fspatialmechanismkinematics，ac0mputersymbo】smodelandacomputationalmethodwerepr0posedbasedonmulti—bodydynamicstheory．TherelationshipamongtheCartesiancoordinateswhicharebuiltonthejointsofeachlinkwasutilizedtodescribetheconfigurationofspatialmechanisms．Thelinkshapematriceswereobtainedfromtherel

5、ationshipbetweenthetwocoor—dinatesystemsonthesamelink．Accordingtothetypeandpropertyofjoints，thejointconstrainmatriceswereobtainedfromtherelationshipbetweenthetwocoordinatesystemsofthesamejointonthetwo1inks．Usingthesetransformmatricesonthekinematicschainsinseries，themathematicalmodel0fspatial

6、mechanismswasdeveloped，andthemotionequationsofspatialmechanismswerederived．ThevelocityequationsandaccelerationequationswereobtainedbythetimefirstderivatiVesandsecondderivativesofthemotionequations．Accordingly，ageneralsoft—warewasdevelopedforanalyzingspatialmechanismkinematics．Aspatialfourbar

7、smechanismwasmodeledandanalyzedbythissoftware，andthecorrectnessoftheproposedmethodandthesoftwarewereverified．Keyw0rds：spatialmechanism；mechanismconfiguration；symbolsmodeling；kinematicsanalysis在开发通用空间机构动力学计算机自动分析软算机能够理解的方式描述机构的结构形态特征，使件时，遇到的关键问题是如何对