第一章机构自由度

机构分析与综合自动化学院廖啟征第一章，绪论平面机构：机构上的所有运动点均在同一平面或者在相互平行的平面上运动，这样的机构称之为平面机构。并联机床；Scala机器人空间机构：不满足上述条件的机构称之为空间机构。本课程研究的对象：平面机构（连杆），空间机构（空间机构学）机构学研究的内容：（1）机构结构学(structure)。（型数分析与综合（杨挺力）），它研究：机构的拓扑结构、拓扑图的矩阵表示方法，机构的组成原理（曹惟庆）（2）机构运动学（kinematics）包括运动分析与综合（本课程）运动分析：对于一个指定的机构（尺寸已知），给定主动件的运动规律，使分析其他从动件的运动规律（位移、速度、加速度）运动综合：为实现特定目标（运动要求），设计出满足要求的机构，它包括刚体导引、轨迹发生、函数发生三个部分（3）动力学（机械动力学）包括动力学分析与综合，目前动力学分析做得比较多，而动力学综合则很少。（白师贤、余跃庆）本课程的意义：1.本课程是机构分析与综合的基础，它是机器人机构学的基础2.对于机电一体化的专业，它是机器（人）设计的基础第一章机构的基本知识一、运动副•运动副…两个构件组成，能产生某些相对运动的联接。既不分离，又不固连。介于二者之间的联接。•运动副元素…运动副中参与接触的部分，即：点，线，面平面、球面、圆柱面、曲面、曲线、直线等运动副分类，•按引入约束…级别1-5级•或剩余自由度…5-1类•按接触情况即运动副元素（面、线、点）分为低副…面接触，接触应力较低高副…点、线接触，接触应力较高•按平面、空间运动分为平面运动副空间运动副运动副画法二、构件•机架•二副构件•三副构件•四副构件、多副构件•三、运动链将构件（两个以上）用运动副联接起来，成为运动链封闭链，首尾相接开式链…至少有一个构件只包含一个副。•四、机构…将运动链中的某一构件固定成为机架，则这种运动链便成为机构原动件…机构中按已知运动规律运动的构件从动件…除原动件外的活动构件为从动件平面机构、空间机构、球面机构五，运动副的画法•机架•投影方向不同2-3，机构运动简图•分析与设计均需要画出机构运动简图•根据机构的尺寸按比例定出各个运动副的位置，用运动副的代表符号和线条把机构表示出来。•目的…运动、动力分析，综合设计•机构示意图…不严格按比例画2-4机构具有确定运动的条件•确定运动…当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构中的其余构件的运动也是完全确定的•机构自由度…机构具有确定运动时，所必须给定的独立运动参数的数目•原动件…按给定规律而独立运动的构件，一般与机架相连•确定运动条件：原动件=自由度数2-5平面机构自由度的计算2-5平面机构自由度的计算•目的…确定运动：原动件数=自由度数，可以确定原动件数。•以平面机构为主•一、简单情况一个构件做平面运动，有三个自由度•二、运动副引入约束，转动副2个，移动副2个，高副1个三、自由度数Fphplnf231234523456pppppnf•构件数（不算机架）n•低副数Pl,•高副数Ph,•平面机构自由度•空间机构自由度2-6、计算自由度时的注意事项•1、复合铰链•三个构件以复合铰链联接，则有两个转动副。•M个则有M-1个转动副。•画法2、局部自由度•凸轮为主动件转动，推杆从动，为了减小磨擦，磨损，安装滚子，改滑动为滚动。21323323phplnf11222323phplnf3、虚约束•对运动无影响，改善受力情况1234523456pppppnf51)()6(iipminmf51(6)()iifmnimpmi公共约束，副的级别513)45(2)46(if514)35(3)36(if2-7、机构组成原理及平面机构的结构分析•目的：对机构分类，以便系统研究。•种类…几百、几千种，无法统计。•创新设计•方法：拆成最小的零件（最小的部分）•注意：目前进行低副的研究，不涉及高副•一、机构组成原理•每个机构都有机架、主动件，•而且主动件数=机构自由度数F，且主动件与机架相连。•杆组：023lpnf机架、主动副、主动杆留下n=3Pl=4n=1Pl=1n=2Pl=3n=5Pl=7n=1Pl=1n=2Pl=3n=2Pl=3n=5Pl=7n=1Pl=1n=2Pl=3n=2Pl=3•二级组,外副，内副三级组，外副，内副：巴氏桁架四级组蝴蝶机构高副低代•高副低代的条件？•不知道，没有见到论述。•可能曲率的变化有影响时，失效。即位移的3阶导数出现时高副低代失效。结束