平面形状可变刚体机构概述及关节生成算法.pdf

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1、第23卷第6期2010年11月机电产品开簋与剀新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProdtlctsV01．23．No．6Nov．。2010文章编号：1002-6673(2010)06-001---03平面形状可变刚体机构概述及关节生成算法王志远，李端玲(北京邮电大学自动化学院，北京100876)摘要：平面形状可变刚体机构是基于给出的运动轨迹，即设计轮廓，通过对刚体运动链的综合，实现对设计轮廓的精确匹配，其关键在于对设计轮廓的分段。对机构运动链的综合过程予以研

2、究。列出设计流程与数学分析方法，提出基于曲线曲率不性原理的新算法对设计轮廓进行关节划分。较明显的降低设计复杂度，并在设计实例中得到应用。关键词：形状可变机构；设计轮廓；曲线匹配中图分类号：TP391．4文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2010．06．001ASummaryofShape-changingRigid-bodyMechanismsandJointGenerationAlgorithmWANGZhi—Yuan。LIDuan-Ling(CollegeofAutoma

3、tion，BeijingUniversityofPostsandTelecommunications，Beijh[19100876，China)Abstract：Shape—ChangingPdgid—BodyMechanisms"iscomposedofrigidlinksandrevolutejoints。capableofapproximatingashapechangedefinedbyasetofcurves．referredtoasdesignprofiles．Thedivisionofthejoin

4、tpointisthekeyofakinematicproceduret0synthesizepla-mrmechanisms．Thispaperliststhedesignprocessandmethodsofmathematica／analysis，proposesanewdgorithmtOdividejoints。whichbasedoncurvatureofinvarianceprinciple．Thisalgorithmcanreducethecomplexityofthedesign。andappf

5、iedtOthedesignexamples．Keywords：shape—changingrigid—bodymechanisms；designprofiles；shapematching0引言I对于某些特定的机械系统。其功能往往取决于它的几何形状，若形状具有可控的形变能力，则可大大提高其应用范围和使用性能，通常这种能力被称为自适应机构或形变机构。目前国内外对形变机构的研究主要以智能材料和柔性机构为基础。用它来驱动形变【Ⅷ。起步阶段还有很多问题亟待解决。目前自适应系统采用刚体机构在实际应用中拥有一些明显的优点。

6、它们能提供比柔性机构和智能机构更多的载荷，同时并不像智能机构需要很多的驱动单元来驱动。平面刚体的形变主要涉及到曲线匹配、运动链综合和刚体导引及优化等内容，其中曲线匹配与分割是设计关键的步骤。Murray嗍和Kinzel[51提出了刚体形变的一套理论。本论文将基于他们的设计步骤提出新的曲线分割算法与设计实例，不仅精度相对较高，而且算法的——I收稿日期：2010—09—18作者简介：王志远(1983-)，男，硕士研究生。主要研究方向：：机构学，机电一体化；李端玲(1974-)，女，博士生导师。主l要研究方向：机构学，

7、智能机器人学等。空间与时间复杂度都较低。有利于自动化计算。1设计步骤与几何分析完成一个刚体形变过程，类似于刚体导引。首先要根据需求给出运动轨迹或形变轮廓(称为设计轮廓)。设计轮廓多为样条曲线。对设计轮廓求等分点后，连接各等分点形成的线性折线称为目标轮廓。目标轮廓依旧是～条完整曲线，若设计要求为一个设计轮廓形变为另外一个设计轮廓，且前后轮廓形状差异较大，前一个设计轮廓只通过刚体平面运动到达另一个轮廓，必然误差较大．无法满足匹配精度。必须对目标轮廓进行分段，形成一个个关节构件．再进行优化，得出平均轮廓，最后用转动副连

8、接成链．从而达到形变的匹配精度，流程见图l。本节主要分析如何等分及推导平均轮廓公式，其余过程在后文中叙述。1．1设计轮廓与目标轮廓一套设计轮廓(p个位姿)定义了一个形变问题，决定了机构要运动的轨迹．每个设计轮廓可以是一条任意形态的曲线。设计轮廓之间的弧长也不硬性要求一致。但差异小可实现较好的匹配精度。每条设计轮廓通1·开发与创新-广磊赢磊磊磊五i磊i瓦；石习过以下方法具体