機構(gòu)學和機器人學1空間機構(gòu)的基礎(chǔ)知識

1、會計學1機構(gòu)學和機器人學機構(gòu)學和機器人學1空間機構(gòu)的基礎(chǔ)知識空間機構(gòu)的基礎(chǔ)知識第1頁/共50頁第2頁/共50頁第3頁/共50頁第4頁/共50頁第5頁/共50頁第6頁/共50頁第7頁/共50頁第8頁/共50頁第9頁/共50頁第10頁/共50頁第11頁/共50頁第12頁/共50頁第13頁/共50頁1234523456PPPPPnF第14頁/共50頁)21 ()6() 1(61KiifNF第15頁/共50頁)31 (6)6() 1(61)(1NiKNiiiffNF111NiiKiiffF第16頁/共50頁1671iifF由式（由式（13）當）當F=1時，運動副所允許時，運動副所允許的自由度為的自由度

2、為7。第17頁/共50頁511pfFKii例例2 2：第18頁/共50頁8262211ppfFKii例例3 3：第19頁/共50頁選擇兩種具有轉(zhuǎn)動輸入和直線輸出的單自由選擇兩種具有轉(zhuǎn)動輸入和直線輸出的單自由度空間機構(gòu)（規(guī)定活動構(gòu)件數(shù)度空間機構(gòu)（規(guī)定活動構(gòu)件數(shù)n3）。）。例例4 4：第20頁/共50頁第21頁/共50頁第22頁/共50頁23452345PPPPnF345234PPPnF4523PPnF52PnFmiipimnmF516)6()6(第23頁/共50頁KiifmNmF1)6() 1)(6(第24頁/共50頁)101 ()6( )6()6() 1)(6(111mfmffmNmFNiNi

3、iiNii第25頁/共50頁第26頁/共50頁414iifF開 由圖示末桿由圖示末桿4的自由度為的自由度為3，與開式鏈不同，由式，與開式鏈不同，由式（110）則）則=3411iifF開第27頁/共50頁 對于空間機構(gòu)末端自由度最高不可超過對于空間機構(gòu)末端自由度最高不可超過6 6個，分析末端個，分析末端自由度歸結(jié)為分析末端轉(zhuǎn)動數(shù)目和末端移動數(shù)目之和：自由度歸結(jié)為分析末端轉(zhuǎn)動數(shù)目和末端移動數(shù)目之和： =r+t=r+tt+ + tr (r3, t 3)的直觀判別法的直觀判別法： 1 1、如各轉(zhuǎn)動或移動軸線都平行于一個方向，則、如各轉(zhuǎn)動或移動軸線都平行于一個方向，則r r=1=1或或tttt=1=1；

4、如分別平行于兩個不同的方向，則；如分別平行于兩個不同的方向，則r r=2=2或或tttt=2=2；如還有不與前兩個方向共面的第三個方向，則如還有不與前兩個方向共面的第三個方向，則r r=3=3或或tttt=3=3。 2 2、當、當tttt3 3時，當構(gòu)件繞兩個平行軸轉(zhuǎn)動時，由這兩個時，當構(gòu)件繞兩個平行軸轉(zhuǎn)動時，由這兩個轉(zhuǎn)動可衍生一個移動自由度，即轉(zhuǎn)動可衍生一個移動自由度，即trtr=1=1；當構(gòu)件繞三個或；當構(gòu)件繞三個或三個以上平行軸轉(zhuǎn)動時，則衍生兩個移動自由度，即三個以上平行軸轉(zhuǎn)動時，則衍生兩個移動自由度，即trtr=2=2。第28頁/共50頁aLjjKiiffF11(1-11)第29頁/共

5、50頁第30頁/共50頁例例6 6：1672171jjiifF第31頁/共50頁例例7 7：第32頁/共50頁例例8 8：22212551171ajjiiffF第33頁/共50頁六、空間機構(gòu)的應(yīng)用六、空間機構(gòu)的應(yīng)用縫紉機彎針機構(gòu)縫紉機彎針機構(gòu)空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)0-7-8-9-10-0，F(xiàn)2第34頁/共50頁起落架收放轉(zhuǎn)輪機構(gòu)起落架收放轉(zhuǎn)輪機構(gòu)收放動作實現(xiàn)：空間四桿機構(gòu)收放動作實現(xiàn)：空間四桿機構(gòu)0-1-2-3-0和和0-1-4-5-0轉(zhuǎn)輪動作實現(xiàn)：空間機構(gòu)轉(zhuǎn)輪動作實現(xiàn)：空間機構(gòu)0-1-6-11-0和和1-6-7-8-9-10-1第35頁/共50頁1-2 1-2 空間機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合空間機構(gòu)的

6、結(jié)構(gòu)綜合1、單自由度平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合、單自由度平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合 研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運動副可以組成多少機構(gòu)型式的綜合過程。實研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運動副可以組成多少機構(gòu)型式的綜合過程。實質(zhì)是排列與組合的數(shù)學問題?？衫脠D論和矩陣工具研究。質(zhì)是排列與組合的數(shù)學問題?？衫脠D論和矩陣工具研究。 單自由度的低副機構(gòu)是由具有單自由度的低副機構(gòu)是由具有4個自由度的運動鏈所組成，自由度為個自由度的運動鏈所組成，自由度為4的運動鏈應(yīng)滿足下列關(guān)系：的運動鏈應(yīng)滿足下列關(guān)系：第36頁/共50頁第37頁/共50頁(1) n2=4, n3=4(2) n2=5, n3=2, n4=1(3) n2=6, n4=2第38

7、頁/共50頁2、圖論法進行分析、圖論法進行分析第39頁/共50頁1 2 3 4 5 6 7第40頁/共50頁 圖與運動鏈的變換：運動鏈的綜合問題可以轉(zhuǎn)化為圖與運動鏈的變換：運動鏈的綜合問題可以轉(zhuǎn)化為研究一定數(shù)量的頂與邊能夠聯(lián)接為多少種不同構(gòu)圖的問題。研究一定數(shù)量的頂與邊能夠聯(lián)接為多少種不同構(gòu)圖的問題。 圖中頂代表構(gòu)件，邊代表轉(zhuǎn)動副。變換圖中邊作為構(gòu)件，圖中頂代表構(gòu)件，邊代表轉(zhuǎn)動副。變換圖中邊作為構(gòu)件，頂作為轉(zhuǎn)動副，變換圖實際上就是運動鏈的圖形。頂作為轉(zhuǎn)動副，變換圖實際上就是運動鏈的圖形。以八桿鏈為例，對應(yīng)的圖中，以八桿鏈為例，對應(yīng)的圖中，v=8，e=10，L=3。第41頁/共50頁3、空間單封

8、閉形單自由度機構(gòu)的、空間單封閉形單自由度機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合結(jié)構(gòu)綜合1）當）當=6，如表綜合可得，如表綜合可得12種類種類型型433種機構(gòu)。種機構(gòu)。2）綜合四桿單封閉形機構(gòu)，可）綜合四桿單封閉形機構(gòu)，可得得3種類型種類型138種機構(gòu)。其中種機構(gòu)。其中9種具有特殊實用價值。種具有特殊實用價值。3）構(gòu)成閉合約束數(shù)小于）構(gòu)成閉合約束數(shù)小于6的機構(gòu)的機構(gòu)時，組成條件需要嚴格遵守時，組成條件需要嚴格遵守，否則可能出現(xiàn)不能運動的，否則可能出現(xiàn)不能運動的剛架。剛架。第42頁/共50頁還有特殊的三類：還有特殊的三類：R-R-R-RR-S-S-RR-C-C-R第43頁/共50頁第44頁/共50頁)21 ()6() 1

9、(61KiifNF第45頁/共50頁511pfFKii例例2 2：第46頁/共50頁選擇兩種具有轉(zhuǎn)動輸入和直線輸出的單自由選擇兩種具有轉(zhuǎn)動輸入和直線輸出的單自由度空間機構(gòu)（規(guī)定活動構(gòu)件數(shù)度空間機構(gòu)（規(guī)定活動構(gòu)件數(shù)n3）。）。例例4 4：第47頁/共50頁起落架收放轉(zhuǎn)輪機構(gòu)起落架收放轉(zhuǎn)輪機構(gòu)收放動作實現(xiàn)：空間四桿機構(gòu)收放動作實現(xiàn)：空間四桿機構(gòu)0-1-2-3-0和和0-1-4-5-0轉(zhuǎn)輪動作實現(xiàn)：空間機構(gòu)轉(zhuǎn)輪動作實現(xiàn)：空間機構(gòu)0-1-6-11-0和和1-6-7-8-9-10-1第48頁/共50頁1-2 1-2 空間機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合空間機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合1、單自由度平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合、單自由度平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合 研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運動副可以組成多少機構(gòu)型式的綜合過程。實研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運動副可以組成多少機構(gòu)型式的綜合過程。實質(zhì)是排列與組合的數(shù)學問題?？衫脠D論和矩陣工具研究。質(zhì)是排列與組合的數(shù)學問題?？衫脠D論和矩陣工具研究。 單自