广义机构及其概念设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第18卷第6期机械设计与研究Vo1．18No．62002年12月MachineDesignandResearchDec．．2002文章编号：1006—2343(2002)06—0021—03广义机构及其概念设计张青，邹慧君，廖武(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030)摘要对广义机构及广义机构的概念设计的基本内容和方法进行了全面综述，通过对广义机构及其概念设计特点的分析，提出了广义机构概念设计的过程模型。基于广义机构的概念设计过程模型，进一步提出了广义机构概念设计的内容，并研究了运动与执行功能的分解、运动与执行功能的求解及

2、创新解法、广义机构与传感检测子系统和控制子系统之间的系统集成、广义机构的建模和仿真等广义机构概念设计中的相关问题。关键词：广义机构；概念设计中图分类号：TH111；TH112文献标识码：A现代机械的发展，使机构不仅仅是具有确定运动的构件驱动元件和由刚性、非刚性构件组成的运动链的集成体_6一。系统，且构件也不再仅仅是刚性杆件，而是具有更广泛意义上广义机构是机电一体化系统的一个子系统，是机电一体化系的广义机构。广义机构是实现可控制运动或不可控制运动的统的重要组成部分，它在机电一体化系统中完成运动与执行的功能，因此在机电一体化产品的设计中，广义机构又称为广义执行机构。广义执行机构的概念

3、设计是从运动和执行功能收稿日期：2001—12—20的要求出发，最后产生出符合执行功能要求和约束条件的执图6是关节在变化压力为斜坡信号输入下的响应曲线。可到达终止位置没有过冲的斜线。以看出，压力采用一定斜率的斜坡输入时，当压力达到期望5总结值时，关节也几乎运动到了终止位置，而只有很小的振荡。如果压力变化斜率进一步减小话，关节的响应曲线就是一条气动肌肉本身可以看作一个刚度可变的弹簧。这一点不同于传统的执行驱动装置。也正是由于这一点，使得气动肌肉组成的机构具有很多独特的优点。同时由于气动肌肉运动过程中本身内摩擦小、惯量小，既可以快速的运动，在低速时又可以比较平稳的运动。因此，气动肌肉

4、组成的执行机构具有安全、自稳定、自缓冲等特点，适于应用于与人直接接触的场合。本文用变刚度弹簧模型近似气动肌肉的特性，得到了气动肌肉驱动的关节模型，并用实验验证了模型的可行性。本研究为进一步用气动肌肉组成仿生足、仿生手臂及其他执行机构奠定了理论和实验基础。参考文献：[1]ChouChing—Ping，HannafordB．MeasurementandModelingofMcKibbenPneumaticArtifi．cialMuscles[Jj．IEEETransactionsonRoboticsandAutomation．1996，12(1)：90～102．[2]TonduB，L

5、opezP．ModelingandControlofMcKibbenArtificialMuscleRobotActuators[J]．IEEEControlSystemsMagazine，2000，20(2)：15～38．(a)作者简介：隋立明(1971一)，男，博士研究生▲图6关节在斜坡信号输入下的响应特性研究方向：气动新型执行机构。维普资讯http://www.cqvip.com行机构由于机电一体化产品的本质最终是完成运动与执行①开链机构及闭链机构：被驱动的是开链的，是开链机功能的机器，所以广义执行机构是机电一体化产品的核心部构，被驱动的是闭链的，是闭链机构；分，广义执行机

6、构的概念设计问题是机电一体化产品概念设(2)液压的被驱动机构由各种液压回路组成的液压计的核心问题系统；(3)气压的被驱动机构由各种气压回路组成的气压1广义机构的基本特性系统：广义机构是由驱动元件和执行件组合而成，它主要具有按广义机构的控制方式分以下的基本特性：(1)调节构件尺寸的可调整机构；(2)用程序控制的(1)机电一体化可编程机构；(3)混合输入的可控机构等。广义机构由于其可控性，易于实现机电一体化，在现代机驱动元件的种类：械中广泛采用。通过可编程控制使机电融合在一起，促进了驱动元件的种类很多，而且会不断发展。驱动元件大致机构学的现代化。有：(2)输出运动的多样化(I)电机包

7、括感应电机、直流电机、伺服电机、步进电通过对驱动元件的程序控制，使机构的输入运动按需要机等等；改变，得出多种多样满足生产需要的输出运动。(2)液压气动驱动包括液压马达、液压缸、气马达、气(3)运动的可控性动缸等；通过分析研究可使输出运动满足特定的需要，例如普通(3)弹性元件各种螺旋弹簧、膜片弹簧、游丝发条等；的四杆机构难以实现间歇停顿，但对广义机构来说很易实现，(4)形状记忆合金；因此可使运动与动力性能大为改善。(5)电磁元件包括电磁铁、压电晶体；(4)智能化(6)其它一。通过采