基于柔顺运动几何特征的可重构结构设计

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4、械工程及自动化学院研究生：金志远指导教师：张利萍副教授2015年6月摘要摘要柔顺机构主要是通过机构中柔性构件的变形实现机构的运动和功能。与刚性机构相比，柔顺机构具有减少装配时间、间隙和摩擦磨损、机构重量，提高机构精度、减少维护、增加可靠性等方面的优点，满足现代科技发展对机械设备的需求。就目前柔顺机构的研究情况，柔顺机构的很大部分研究是围绕着结构和运动分析以及拓扑优化设计开展的，而在分析柔顺机构几何运动特征以及柔顺机构的结构特性，涉及的并不多。随着机构的设计的柔顺性要求不断提高，机械设计需要越来越贴近实际工况，对机构的工作特性要求不断提高，且国内外在柔顺机构的研究上

5、并不丰富，本课题力图进行柔顺机构的基本建模理论及其结构特性的分析研究，以其建立柔顺可重构机构衍生的理论，且对柔顺机构的设计具有一定借鉴意义。本文主要以分析平面柔顺机构为主要内容，讨论柔顺机构的可重构结构设计问题，主要包括柔顺机构的几何运动分析、柔顺基本单元建立及其柔顺特征分析、柔顺基本单元的串并联模型建立及其柔性分析、柔顺机构的结构设计。首先，根据平面柔顺变形机构模型分析其受力和变形问题，通过柔度矩阵建立二者关系式，分析柔度矩阵对变形的三个位移分量的影响，建立柔顺特征和运动学特征的关系，并且研究由变形产生的三个位移分量在坐标系下的几何位置，分析柔顺机构变形的柔顺特

6、征和几何特征。其次，建立四种柔顺机构的基本单元，根据研究过的柔顺机构的柔顺特征和几何特征，分别建立四种柔顺机构基本单元的模型，并根据有限元分析方法建立各自的刚度矩阵，通过刚度矩阵和柔度矩阵关系，得出其相对应的柔度矩阵，从而分析四种柔顺基本单元的柔顺特征，得出各个基本单元柔顺特征的关系。再次，更深一层讨论柔顺机构的柔顺特征，根据已完成的四种柔顺基本单元去组合成的串联以及并联柔顺机构。分别建立串、并联的结构模型，根据有限元分析得方法去得出串、并联模型的柔度矩阵，从而得出串、并联结构的尺寸以及位置和柔顺特征关系。最后，通过以上柔顺基本单元以及串并联结构的研究，分析几种单

7、元以及串并联的可重构区间以及可重构构型变化区域，讨论分析可重构衍生出的结构性质。关键词：柔顺机构；柔顺特征；基本单元；可重构区间IAbstractAbstractThecompliantmechanismisachievingmovementandfunctionalbythedeformationoftheflexiblememberinthemechanisms.Comparedwithrigidbodies,compliantmechanismhaslotsoftheadvantages,suchasreducingthetimethatspentonass

8、embly