多杆机构的解域综合理论与方法研究

Modern mechanism design methodology can make some classical synthesis theory have a profoundly development and a widely application, furthermore establish a new theory and methodology. Therefore, based on some important achievements which are about the synthesis of planar four-bar based on solution region methodology proposed by us before. This methodology will be expanded for synthesizing more than six-bar multi-bar linkages, and new theory and methodology will be formed. And then, some visualization, three-dimensional, dynamic and automation mechanism design software systems are developed. One good machine design is generally got from one good mechanism design. And after finishing the type synthesis, there are infinite numbers of mechanisms, which meet all design conditions. For mechanism researchers, how to find the best one from these infinite linkages is a challenge problem for a long time in this field. Although one so-called optimal solution can be obtained with optimization methodology, but it is difficult to testify theoretically that that is best one of the global field. Development of science and technology demands better machines, therefore it is urgent to find a way to synthesize the best mechanism for the better machines. Therefore we propose this research project which is based on the methodology proposed by us before, a new solution method for planar and spherical multi-bar linkages will be developed. Finally, the global optimal solutions that can meet all design requirements will be obtained. .The achievements from this project will pose a positive significance in perfecting the kinematics synthesis theory of mechanisms and guiding the design of high-performace mechanisms and machines as well as engineering applications.

机构现代设计方法可以使经典设计理论有更深广的发展与应用，进而形成新的设计理论和方法体系。申请人提出的"铰链四杆机构解域综合理论与方法"即有此功效。因此，本申请的主要目标就是将这一方法拓展到六杆以上的多杆机构中，形成适合于多杆机构的设计理论与方法体系，并最终给出可视化、立体化、动态化及自动化的机构创新设计软件系统。另外，满足某一设计要求的机构设计问题，在型综合完成之后，通常会得到无穷多解。如何在无穷多个机构中找到性能最优的机构一直以来都是机构学研究中的瓶颈问题。虽然通过优化方法可以得到所谓的最优解，但从理论上却无法证明其为全局最优解。有鉴于此，本申请将借鉴在铰链四杆机构中已取得的研究成果，将解域理论及方法用于平面和球面多杆机构的运动综合中，最终找到可以满足所有设计要求的全局最优解。.本项目研究成果对丰富和完善机构运动综合理论，指导高性能机构和机器的设计及工程应用具有积极意义。

本课题以解域方法为基础对平面六杆机构、八杆机构的运动生成问题作了较全面系统的研究，对空间机构的运动综合问题作了初步探讨。完成了如下研究内容：.1．六杆机构的四位置解域综合.针对六杆机构四位置运动生成问题，给出基于布氏曲线的广义布氏曲线概念及其方程，同时给出解域综合的两种方法，即给定3R链和给定两连杆平面的两种情况下的六杆机构综合方法。.2.八杆机构的四位置解域综合. （1）给定4R开链的四位置综合.在给定4R开链四位置的情况下，添加三个RR构件即可得到一个单自由度八杆机构。本研究依据添加的三个RR构件之间的依赖关系，将153种RR构件添加方法分为五类。给出了五类解域建立方法，并通过解域表示出综合所得的八杆机构解。根据六杆机构运动缺陷判定方法，在对八杆机构位置分析和雅可比矩阵分析的基础上，给出了八杆机构运动缺陷判定方法。. （2）给定6R闭链的八杆机构四位置综合. 在给定6R闭链上添加2个RR杆形成32种单自由度八杆机构。首先依据扩展布氏曲线理论求出解曲线，在解曲线上添加2个RR杆得到了所要综合的八杆机构。根据闭链上添加的两个RR杆是否相关，把解域分为2类。采用杆组法对机构进行分类并进行运动分析。.. 3.多杆机构基于杆组的型综合以及高级杆组的位置求解及自动求解系统. 根据阿苏尔杆组理论，平面多杆机构型与阿苏尔杆组之间存在着相互联系。提出了平面阿苏尔杆组与多杆机构的同步自动综合方法。使用计算机编程开发了平面多杆杆组与机构构型的自动综合软件系统。.4．空间机构运动生成的解域综合理论与方法探索. 把解域综合方法从平面及球面拓展到一般空间机构综合的领域，给出了空间RCCC机构和5-SS机构的位置综合方法。并给出了空间5-CS机构的驱动选取及缺陷判定方法，为空间机构的解域综合理论与方法的深入研究打下了基础。.5．机构综合软件系统开发. 利用VC++, Matlab 和 OpenG开发工具分别针对平面六、八杆机构和空间5-SS机构分析与机构综合开发了由多模块构成的软件系统。