平面机构运动方案创新设计实验计算自由度

平面机构运动方案创新设计实验 一,实验目的

1.加深学生对机构组成原理的认识,进一步了解机构组成及其运动特性; 2. 培养学生的工程实践动手能力; 3. 培养学生创新意识及综合设计能力. 二, 设备和工具

1.机构运动方案创新设计实验台; 2.工具箱一套;

3.自备三角板,圆规和草稿纸等文具. 三, 实验前的准备工作

1.预习实验,掌握实验原理,初步了解机构创新模型; 2.选择设计题目,初步拟定机构系统运动方案. 四, 实验原理

任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上的方法来组成,这是机构的组成原理,也是本实验的基本原理. 1.杆组的概念

由于平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目与机构的自由度相等,因此机构均由机架,原动件和自由度为零的从动件通过运动副联结而成.将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为零的运动链,称为基本杆组(简称杆组). 根据杆组的定义,组成平面机构杆组的条件是: F = 3n - 2PL- PH =0 (4-1)

式中: n为杆组中的构件数;PL为杆组中的低副数;PH为杆组中的高副数.由于构件数和运动副数目均应为整数,故当n,PL,PH取不同数值时,可得各类基本杆组. 当P

第三章

平面机构的运动简图及自由度

1.平面机构的组成 2.机构具有确定相对运动的条件 3.机构运动简图的画法 4.机构自由度的计算

平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动 空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面 内运动

§3-1 平面机构的组成一、机构的组成与分类 1、概念：机构是具有确定相对运动的构件的组合 构件：机构中的(最小)运动单元 一个或若干个零件刚性联接而成

2、机架：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其它的活动构件 3、平面机构：各构件的相对运动平面互相平行 空间机构：

曲柄滑块机构 蜗杆传动

二、自由度 一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构件所 具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个作平面运 动的自由构件有三个自由度。 但当这些构件之间以 一定的方式联接起来 成为构件系统时，各 个构件不再是自由构 件。两相互接触的构 件间只能作一定的相 对运动，自由度减少。 这种对构件独立运动 所施加的限制称为约 束。

三、运动副及其分类 概念：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接 类型： (一) 低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。 根据两构件间的相对运动形式，

第1章 习题

1-1 绘出图1-7所示的唧筒机构的机构运动简图。 1-2 绘出图1-8所示叶片式油泵的机构运动简图。 1-3 绘出图1-9所示回转柱塞泵的机构运动简图。 1-4 绘出图1-10所示冲床架机构的机构运动简图。

1-5 试判断图1-11、图1-12所示运动链能否成为机构，并说明理由。若不能成为机构，请提出修改办法。

1-6 计算图1-13至图1-20所示各机构的自由度，并指出其中是否含有复合铰链、局部自由度或虚约束，说明计算自由度时应做何处理。

1-7 计算图1-21至图1-26所示各机构的自由度，用低副代替高副，并确定机构所含杆组的数目和级别以及机构的级别。

第1章 综合测试题

1-1 填空题及简答题

(1)平面机构中若引入一个高副将带入 个约束，而引入一个低副将带入 人约束。

（2）高副低代必须满足的条件是 ， 。 （3）何谓运动链？运动链具备什么条件才具有运动的可能性？具备什么条件才具有运动的确定性？运动链具备什么条件才能成为机构？

（4）何谓机构运动简图？绘制的步骤如何？ （5）机构具有

第1 章面机平构自度由速度和分析 机构成基本概组念 运动 及其副分类 平 机面构运动图简 平 机面构自由度的参考学：时堂课教学3学：;实验：时机构运简动测图，2学绘时。021-6-2 1

昆明1理工学现代大教技术中育

机构的分心类 ：平机构面所：的有件构在同一都平面或相平 行互平面的运内的机构。 空动机间：所构的构有不全件相互平行在的平面内 运的机构动 。构件的自由度 y 平面自：由构件平面内：不 1 与它任何构其件相连而接作自 运动的构由件。 构的件由自度：构可能 O x 2 件出的现独立动运2。02-6-11约束：附 加构件在上构件自对由的度限。制

昆2明工大学现理教育技代中术

心

1§- 运动1副其及分类运副：动两构件直使接触并接产生能一相对 动定的接。联 两构件 接接直：触、点、线面 有相运对动 三要

素运动副元：构素上件直 参接接触而构成运动与的副 面。表022-6-113

昆理工明学大现代教技育术心中

运副的分类动 回转副 低副 平面运动副 动副移 高 副回转副移副动高副

2021--1

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明昆工大学现代理育教术技心中

球

面副 空间动副 运 螺旋副

面副

螺旋副

201球26-1-

5昆明理大工现学代教育

机构创新设计 两用窗

作品背景：现实生活中常见的窗户有： 1. 推拉窗:

优点：不占用室内外空间、随意控制开启面积、操作轻便。特别适用在窗台。

缺点：①最大开启度只能达到整个窗户面积的1／2； ②在风雨天，窗户只能关闭而无法换气； ③清洗比较困难，要擦到玻璃朝外的一面很困难； ④密封性差、湿气、灰尘容易进入。窗框下滑轨来回滑动，上有较大的空间，下有滑轮间的空隙，形成较大的热损失。 2.外平开窗

定义：利用合页或铰链，使窗扇向外旋转打开。 优点：结构简单、密封性好，不占用室内空间。可使室内有较大的通风量。

缺点：占用室外空间。风大时，易发生窗扇坠落的事故。使用在写字楼、酒店等高层建筑时显得不是很美观。 3.外开上悬窗

优点：能够防风防尘，在下雨天，又能防止雨水进入室内，同时保持室内良好的通过条件。

缺点：开启度小，通风能力差。外开的窗扇阻挡了人的视线。

以上就是生活常见的三种窗。为了增强三种窗的优点,弥补其缺点,将三种窗的机构进行组合,就有推拉-外平开窗、推拉-外开上悬窗

、外平-外开上悬窗。

随着城市化道路的不断发展，为了满足高层和中高层的建筑的需要。推拉窗和外开上悬窗也逐渐成为主流，而外平开窗，由于其受风力影响而发生

习题

1.1-1.3 根据刚度的基本定义，确定图P1.1至P1.3中所示的弹簧—质量系统中组合弹簧的有效刚度，并写出运动方程。

图P1.1 图P1.2

图P1.3

1.4 图P1.4所示的单摆由一个可绕O点转动的无质量刚性杆和在其端部的质量m组成。推导控制单摆自由运动的方程，对于微幅振动，将运动方程线性化，并求其固有频率。

图P1.4

1.5 考虑xy平面内复摆的自由运动，复摆由一个刚性杆悬挂于一个点组成(图P1.5)。杆长为L，质量为m，沿杆长均匀分布，宽度为b，厚度为t。摆中心线从y轴开始量测的角位移记为?(t)。

(a) 推导控制??t?的方程； (b) 对微小的?，将方程线性化； (c) 确定微幅振动时的固有频率。

图P1.5 图P1.6

1.6 对图P1.6所示体系重复问题1.5，所不同的只有一点：杆件的宽度从O点的0变化到自由端的b。

1.7 建立图P1.7所示体系控制竖向运动的方程。杆件由弹性模量为E的弹性材料制造，横截面面积为A，长度为L。忽略杆件质量，位移u从静平衡位置开始量测。

— 1 —

图P1.7

1.8

六自由度运动平台的仿真研究

天津工程机械研究院

杨永立

摘要：本文分析了六自由度运动平台分别采用球铰链和万向节铰链进行连接时的自由度，运用欧拉角、旋转变换的方法推导出位置反解方程，介绍了数值迭代法进行位置正解的过程。

关键词：并联，局部自由度，位置反解，位置正解。 1. 简介

运动平台按结构形式可分为串联和并联两大类。与串联形式相比，并联形式具有刚度大、承载能力强、结构简单、运动负荷小、能实现包括横移、纵移、升沉等多个自由度运动等特点。同时，串联形式的优点也很明显，其具有运动空间大，测量精度高，运动、受力分析相对简单、控制、测量的实现相对容易，且每个自由度都能独立运动等特点。

六自由度运动平台（如图1所示）是由六条油缸通过万向节铰链（或球铰链）将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条油缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。 2. 自由度的确定

若在三维空间有n个完全不受约束的物体，任选其中一个作为固定参照物，因每个物体相对参照物都有6个运动自由度，则n个物体相对参照物共有6(n-1)个运动自由度。若在所有物体之间用运动副联接起来组成机构，设第i个运动副的约

摘要：本文分析了六自由度运动平台分别采用球铰链和万向节铰链进行连接时的自由度,运用欧拉角、旋转变换的方法推导出位置反解方程,介绍了数值迭代法进行位置正解的过程。

六自由度运动平台的仿真研究

天津工程机械研究院

杨永立

摘要：本文分析了六自由度运动平台分别采用球铰链和万向节铰链进行连接时的自由度，运用欧拉角、旋转变换的方法推导出位置反解方程，介绍了数值迭代法进行位置正解的过程。

关键词：并联，局部自由度，位置反解，位置正解。

1. 简介

运动平台按结构形式可分为串联和并联两大类。与串联形式相比，并联形式具有刚度大、承载能力强、结构简单、运动负荷小、能实现包括横移、纵移、升沉等多个自由度运动等特点。同时，串联形式的优点也很明显，其具有运动空间大，测量精度高，运动、受力分析相对简单、控制、测量的实现相对容易，且每个自由度都能独立运动等特点。

六自由度运动平台（如图1所示）是由六条油缸通过万向节铰链（或球铰链）将上、下两个平台连接而成，下平台固定在基础上，借助六条油缸的伸缩运动，完成上平台在三维空间六个自由度（X，

Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以

模拟出各种空间运动姿态。

2. 自由度的确定

若在三维空间有n个完全不受约束

的物体，任选其中一个作为固定参照物，

因每个物体

实验一：6SPT-1六自由度液压伺服平台综合实验

一、实验目的：

1、 掌握电液位置伺服控制系统的基本原理；

2、 掌握六自由度平台的结构解算的概念及其软件实现； 3、 掌握VB6.0软件与下位机PAC通过以太网通信的方法；

4、 掌握6SPT-1六自由度液压伺服平台复现指令信号的实施方法。

二、预备知识：

1、 熟练掌握PLC的梯形图语言（LD）编程和结构化文本语言（ST）编程； 2、 熟练掌握VB6.0编程，能使用VB6.0实现以太网通信； 3、 有一定的矩阵计算能力。

三、试验原理：

1、 电液位置伺服控制系统的基本原理

电液位置伺服控制系统以液体作为动力传输和控制介质，利用电信号进行控制输入和反馈。只要输入某一规律的输入信号，执行元件就能启动、快速并准确地复现输入量的变化规律。控制系统结构图如图3.1所示：

图3.1电液位置伺服控制系统结构图

2、 六自由度平台逆解算法

图3.2 空间机构位置关系示意图

六自由度平台又称为Stewart平台，其结构如图3.2所示，Stewart平台由上、

下两个平台、六个驱动关节和连接球铰组成，上平台为运动平台，下平台为基座，上、下平台的六个铰点分别组成一个六边形，连接6个液压缸作为驱动关节，每个液压

北京邮电大学世纪学院

毕业设计(论文)

题 目 三自由度绳驱动RCM机构设计

学 号 09050320 学生姓名 xxx 专业名称 机械工程及自动化 所在系（院） 电子与自动化 指导教师 盛海燕

年 月 日

北京邮电大学世纪学院

毕业设计（论文）诚信声明

本人声明所呈交的毕业设计（论文），题目《 全向移动平台的控制系统设计与实现》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名： 日期：

毕业设计（论文）使用权的说明

本人完全了解北京邮电大学世纪学院有关保管、使用论文的规定，