正方形可展机构的运动学与动力学特性研究
Bennett单元可展机构的自由度计算与动力学分析方法研究
《bennett单元可展机构的自由度计算与动力学分析方法研究》2023-10-26CATALOGUE 目录•绪论•Bennett单元可展机构自由度计算方法研究•Bennett单元可展机构动力学分析方法研究CATALOGUE 目录•Bennett单元可展机构优化设计研究•Bennett单元可展机构在空间可展结构中的应用研究•结论与展望01绪论Bennett单元可展机构是一种具有重要应用价值的机构，广泛应用于航空航天、机器人、生物医学工程等领域。
目前，针对该机构的研究主要集中在机构设计、运动学和动力学分析等方面，但对其自由度的计算与动力学分析方法的研究尚不充分，需要进一步探讨。
研究Bennett单元可展机构的自由度计算与动力学分析方法，对于提高机构的设计水平、优化机构的运动性能、保障机构的稳定运行具有重要意义。
研究背景与意义目前，关于Bennett 单元可展机构的研究主要集中在机构设计、运动学和动力学建模等方面，取得了一定的研究成果。
然而，在自由度计算与动力学分析方面，仍然存在以下问题1. 自由度计算方法不够精确，导致机构的运动性能预测不准确；2. 动力学模型建立过程中，忽略了一些重要因素，如摩擦、间隙、柔性等，影响了模型的准确性；3. 缺乏有效的分析方法，难以对机构的动态性能进行评估和优化。
研究现状与问题研究内容与方法•研究内容•Bennett单元可展机构的自由度计算方法研究；•Bennett单元可展机构的动力学建模与分析方法研究；•Bennett单元可展机构的动态性能评估与优化方法研究。
•研究方法•对Bennett单元可展机构的运动特点进行分析，研究其自由度的计算方法；•建立Bennett单元可展机构的动力学模型，考虑摩擦、间隙、柔性等因素，分析机构的动态性能；•利用实验方法对理论分析结果进行验证和优化，提出改进措施。
02Bennett单元可展机构自由度计算方法研究Bennett单元的自由度由其运动副的约束条件决定。
运动机构运动学与动力学特性研究
运动机构运动学与动力学特性研究运动机构是指通过联接件、转动件、传动件等组成的机械系统，它们常被用于各种机械设备和工业装置中。
而对于运动机构的运动学与动力学特性的研究，可以帮助我们更好地了解其运动规律和性能特点，从而优化设计、提高效率和可靠性。
本文就来探讨一下运动机构的运动学与动力学特性研究。
一、运动学特性研究运动学是研究物体在运动过程中位置、速度、加速度等运动参数的学科。
对于运动机构而言，其运动学分析是对其运动性能和轨迹进行定量分析的重要手段，常用的方法包括坐标法、速度分析法和加速度分析法。
1. 坐标法坐标法是通过选取合适的坐标系，根据运动机构外部观测数据绘制出机构中各连杆的位置和角度变化规律，以及各点的轨迹图。
该方法适用于定量分析运动机构运动轨迹和变化趋势，从而为其他分析方法提供重要依据。
2. 速度分析法速度分析法是分析运动机构各关键部件的速度大小和方向的方法，其主要原理是利用向量分析和闭合回路。
在该分析方法中，常用的工具包括位移向量、速度向量、加速度向量等。
通过对各个关键点的速度向量大小和方向进行定量分析，可以得到该机构的运动速度分布情况，从而优化其设计和性能。
3. 加速度分析法加速度分析法是研究运动机构加速度大小和方向的方法，包括直接分析法和综合法。
在该分析方法中，常用的工具包括微小变化量和求导计算。
通过对各个关键点的加速度向量大小和方向进行定量分析，可以得到该机构的运动加速度分布情况，从而优化其动态性能和控制稳定性。
二、动力学特性研究动力学是研究物体在运动过程中所受到的力、力矩、牵引力等动力学参数变化的学科。
对于运动机构而言，其动力学特性研究是评估机构动态性能、稳定性和控制精度的重要手段，常用的方法包括定常法、非定常法和力学模型法。
1. 定常法定常法是通过假定机构在稳态状态下运动的方法，从而分析机构受力情况和动态特性的一种方法。
在该分析方法中，一般假设机构运动速度和加速度都比较小，因此可以进行线性化处理。
机器人运动学与动力学分析
机器人运动学与动力学分析随着科技的不断进步，机器人在现代社会中发挥着越来越重要的作用。
机器人的运动学与动力学是研究机器人运动和力学的重要分支，对于机器人的设计和控制具有重要意义。
通过运动学与动力学分析，可以深入探讨机器人的运动规律、力学特性以及动作控制等方面的问题。
首先，机器人运动学分析是研究机器人运动规律和姿态变化的学科。
在机器人的运动学分析中，我们可以通过分析机器人的关节角度和运动变换方程来描述机器人末端执行器的位置与姿态。
运动学分析可以帮助我们了解机器人在不同关节角度下的工作空间范围、姿态变化以及机器人末端执行器的运动轨迹等信息。
这些信息对于机器人的路径规划、避障以及动作控制等方面具有重要意义。
其次，机器人的动力学分析是研究机器人运动过程中受到的力学特性和动态响应的学科。
在机器人的动力学分析中，我们可以研究机器人的惯性特性、组成部分的质量分布以及施加给机器人的外部力和力矩等。
动力学分析可以帮助我们了解机器人系统的惯性特性、质量均衡以及机器人在外部力作用下的响应情况。
这对于机器人的平衡控制、力矩分配以及动作协调等方面具有重要意义。
在机器人运动学与动力学分析中，还涉及到机器人的运动控制问题。
运动控制是指通过对机器人的运动学和动力学特性进行分析，设计合适的控制方法来实现机器人的运动目标。
通过运动控制，我们可以使机器人在给定的轨迹下实现精确的位置和姿态控制，从而实现具体的任务需求。
运动控制的核心是设计合适的控制算法和机器人的执行机构，以实现机器人的动作执行和力学特性的优化。
机器人运动学与动力学分析的结果可以应用于多个领域。
在工业领域，机器人的运动学与动力学分析可以应用于自动化生产线和装配过程中的机器人操作控制，提高生产效率和质量。
在医疗领域，机器人的运动学与动力学分析可以应用于手术机器人的运动控制和手术操作，实现更精确和安全的手术过程。
在军事领域，机器人的运动学与动力学分析可以应用于无人作战系统和侦察机器人的运动规划和动作控制，提高军事作战的效率和准确性。
机构运动分析范文
机构运动分析范文机构运动分析是研究机构在运动中的性能、特点、力学模型等方面的学科。
机构是由若干个构件通过连接件组成的一种刚性机械系统，广泛应用于各个领域，如机械工程、土木工程、航空航天工程等。
了解机构运动分析对于优化设计、改进运动效能、提高机构性能等都具有重要意义。
在机构运动分析中，常常会考虑到机构的运动学、静力学和动力学方面的问题。
首先，机构的运动学分析是研究机构构件之间相对运动的学科。
它关注构件之间的几何关系、速度、加速度等参数，通过数学方法描述机构的运动状态。
常见的运动学分析方法包括坐标法、矩阵法、几何法等。
在机构运动学分析中，常常使用平面机构和空间机构这两种类型进行研究。
平面机构是指机构构件在平面内运动的机构，而空间机构是指机构构件在三维空间内运动的机构。
其次，机构的静力学分析是研究机构在受到外力或外力矩作用下的平衡条件和力学特性的学科。
在机构的静力学分析中，常常使用静力平衡方程、杆件的材料力学性质等来求解机构的内力分布、受力大小等问题。
静力学分析能够帮助工程师了解机构的结构强度、稳定性等方面的问题，为机构的设计和优化提供重要依据。
最后，机构的动力学分析是研究机构在运动中的力学特性和性能的学科。
它关注机构在运动过程中的惯性力、动力学特性和能量转换等问题。
动力学分析可以通过构建机构的动力学模型，使用牛顿第二定律、运动学方程等进行分析，从而了解机构的惯性反应、动力传递等特性。
动力学分析对于优化机构的运动路径、减小振动和噪音等问题具有重要意义。
总结起来，机构运动分析包括运动学分析、静力学分析和动力学分析三个方面，是研究机构性能、特点和力学模型等内容的学科。
它在优化机构设计、改进机构性能、提高机构运动效能等方面有着重要的应用价值。
机器人运动学与动力学分析及控制研究
机器人运动学与动力学分析及控制研究近年来，机器人技术一直在飞速的发展，机器人的使用越来越广泛，特别是在工业领域。
随着机器人的发展，机器人运动学与动力学分析及控制研究变得越来越重要。
本文将介绍机器人运动学、动力学分析与控制研究的现状以及未来发展趋势。
一、机器人运动学分析机器人运动学分析主要研究机器人的运动学特性，包括机器人的姿态、速度以及加速度等方面。
机器人运动学分析的目的是确定机器人的运动学参数，同时确定机器人工作空间的大小。
机器人运动学分析的方法主要有以下几种：1、直接求解法。
直接求解法是指通过物理意义来推导机器人的运动学方程。
这种方法计算效率较低，但是精度较高。
2、迭代法。
迭代法是通过迭代计算机器人的运动学方程，精度较高，但是计算效率较低。
3、牛顿-拉夫森法。
牛顿-拉夫森法是一种求解非线性方程组的方法，可以用于求解机器人运动学方程。
此方法计算速度比较快，但是相对精度较低。
机器人运动学分析的结果可以用于机器人的路径规划，动力学分析以及控制研究。
二、机器人动力学分析机器人动力学分析主要研究机器人的动力学特性，包括机器人的质量、惯性矩以及外力等方面。
机器人动力学分析的目的是确定机器人的动力学参数，同时确定机器人的力/力矩控制器和位置/速度控制器。
机器人动力学分析的方法主要有以下几种：1、拉格朗日方程法。
拉格朗日方程法是一种描述机器人运动的数学方法，可以用于求解机器人的动力学方程。
此方法计算效率较低，但是精度较高。
2、牛顿-欧拉法。
牛顿-欧拉法是机器人动力学分析中的一种方法，一般用于计算运动学链中的运动学角速度和角加速度，并根据牛顿和欧拉定理将牛顿和欧拉方程转换为轨迹方程。
此方法计算速度较快，但是精度相对较低。
机器人动力学分析的结果可以用于机器人的力/矩控制器的设计，位置/速度控制器的设计以及控制研究。
三、机器人控制研究机器人控制研究主要研究机器人的控制算法，包括力控制算法、位置/速度控制算法、逆动力学算法等方面。
机器人运动学与动力学分析
机器人运动学与动力学分析引言：机器人技术是当今世界的热门话题之一。
从生产领域到服务领域，机器人的应用越来越广泛。
而要实现机器人的精确控制和高效运动，机器人运动学与动力学分析是必不可少的基础工作。
本文将介绍机器人运动学与动力学分析的概念、方法和应用，并探讨其在现代机器人技术中的重要性。
一、机器人运动学分析机器人运动学分析是研究机器人运动的位置、速度和加速度等基本特性的过程。
运动学分析主要考虑的是机器人的几何特征和相对运动关系，旨在通过建立数学模型来描述机器人的运动路径和姿态。
运动学分析通常可以分为正逆解两个方面。
1. 正解正解是指根据机器人关节位置和机构参数等已知信息，计算出机器人末端执行器的位置和姿态。
正解问题可以通过利用坐标变换和关节运动学链式法则来求解。
一般而言，机器人的正解问题是一个多解问题，因为机器人通常有多个位置和姿态可以实现。
2. 逆解逆解是指根据机器人末端执行器的位置和姿态，计算出机器人关节位置和机构参数等未知信息。
逆解问题通常比正解问题更为复杂，因为存在多个解或者无解的情况。
解决逆解问题可以采用迭代法、几何法或者数值优化方法。
二、机器人动力学分析机器人动力学分析是研究机器人运动的力学特性和运动控制的基本原理的过程。
动力学分析主要考虑机器人的力学平衡、力学约束和运动方程等问题，旨在实现机器人的动态建模和控制。
1. 动态建模动态建模是研究机器人在外力作用下的力学平衡和运动约束的数学描述。
通过建立机器人的运动方程，可以分析机器人的惯性特性、静力学特性和动力学特性。
机器人的动态建模是复杂的，需要考虑关节惯性、关节力矩、摩擦因素等多个因素。
2. 控制策略机器人动力学分析的另一个重要应用是运动控制。
根据机器人的动态模型，可以设计控制策略来实现机器人的精确运动。
常见的控制方法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
通过合理选择控制策略和调节参数，可以实现机器人的平滑运动和高精度定位。
三、机器人运动学与动力学分析的应用机器人运动学与动力学分析在现代机器人技术中具有重要的应用价值。
SCARA机器人的设计及运动、动力学的研究
例如，对于需要承受较大载荷的关节或连杆，可以选择高强度轻质材料如铝合 金或钛合金等；对于需要较高耐磨性的部分如转动副，可以选择耐磨钢或硬质 合金等材料。此外，还需要考虑材料的加工工艺性和成本等因素。
4、尺度设计：尺度设计是SCARA机器人结构设计的重要环节之一。应该根据 实际应用需求和工作空间限制来确定机器人的总体尺寸和各连杆的长度、角度 等参数。同时需要注意保持机器人整体结构的协调性和美观性。
21、惯性张量：惯性张量是描述机器人惯性特性的重要参数，包括绕三个轴的 旋转惯量和质量分布等信息。惯性张量的准确计算和控制对于实现SCARA机器 人的稳定运动和精确定位具有重要意义。
211、动力传递：动力传递是SCARA机器人运动的重要环节。通过合理的动力 传递路径和机构设计，可以实现机器人各关节的协调运动，提高机器人的整体 性能和精度。同时，还需要考虑驱动器的选择和优化，以提高机器人的动力输 出和效率。
结论与展望
本次演示对SCARA机器人的设计及运动、动力学特性进行了深入研究，取得了 一定的研究成果。首先，我们介绍了SCARA机器人的设计及运动原理，为后续 研究提供了理论基础。其次，我们对机器人进行了动力学分析，明确了质量、 刚度、阻尼等参数对机器人性能的影响。在此基础上，我们探讨了机器人的运 动控制策略，实现了对机器人精确定位和稳定控制。最后，通过实验研究验证 了机器人的性能。
动力学分析
SCARA机器人的动力学特性是影响其性能的重要因素之一。质量、刚度和阻尼 是决定机器人动态性能的关键参数。在建立动力学模型时，需考虑机器人各关 节的质量分布、驱动力矩等因素，以便更准确地预测机器人的动态行为。通过 对SCARA机器人进行动力学分析，可以有效地优化其结构参数和控制策略，提 高机器人的稳定性和精度。
机构及机械传动系统的非线性动力学研究综述
引言
机构及机械传动系统在各种工程领域中具有广泛的应用，如机械制造、航空 航天、交通运输等。在机构及机械传动系统的设计和应用过程中，对其动力学行 为的研究至关重要。随着科学技术的发展，对机构及机械传动系统的动力学要求 越来越高，涉及的问题也越来越复杂。因此，对机构及机械传动系统的非线性动 力学进行研究，具有重要意义和实际应用价值。
2、机械系统的稳定性分析
非线性动力学理论在机械系统的稳定性分析方面也有了很大的发展。稳定性 是机械系统的重要性能指标，对于保证机械系统的安全性和稳定性至关重要。非 线性动力学理论通过分析系统的动态行为，可以预测机械系统在各种工况下的稳 定性，从而为改进设计提供依据。
3、机械系统的混沌控制
混沌控制是非线性动力学的一个重要分支，其在机械系统中的应用也取得了 重要进展。混沌控制的主要目的是通过控制系统的输入，抑制或利用混沌现象， 使系统达到预期的行为。在机械系统中，混沌控制对于提高系统的稳定性和可靠 性、优化系统的动态性能具有重要意义。
成果与不足
通过非线性动力学分析和振动控制实验研究，本次演示取得以下成果：
1、建立了齿轮传动系统的数学模型，为非线性动力学分析提供了基础；
2、运用描述函数法和摄动法对齿轮传动系统进行了有效的理论分析，揭示 了其非线性行为的内在机制；
3、采用自适应模糊神经网络方法实现了齿轮传动系统振动的有效控制；
理论进展
1、机械系统的建模和仿真
非线性动力学理论在机械系统的建模和仿真方面取得了重要进展。复杂机械 系统通常由大量零部件组成，其运动行为受到各种因素影响。通过非线性动力学 理论，可以将机械系统视为一个整体，考虑其所有组成部分和外界环境的影响， 建立更为精确的数学模型，并进行数值仿真。这些仿真结果对于预测机械系统的 性能、优化设计方案具有重要意义。
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西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ ｅ ｎ ｒ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｅ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ａｕｇ ． ２ ０１ ３
第３ １ 卷第 ４期
Ｖ ｏ ｌ ＿ ３ １ Ｎｏ ． ４
究 Ｊ 。本文在笛 卡尔坐标系下 ， 建立机 构 的几何
约 束方 程 组 Ｊ ， 由 于 每 个 构 件 至 少 有 ２个 铰 接 点 （ 基 本点 ） ， 故 其每 个时 刻 的位 姿 皆可 由这 些 铰 接点 笛 卡 尔坐标 确定 ， 不必增 加 角度变 量 ， 仅 以机构 各构 件 铰 接点 的 、 Ｙ方 向位 移 为未 知 变量 ， 简 化 了 约束 方 程 的个数 ， 同时 ， 构 件 中所 要研究 的重要 的点也可 表 示 为基本 点 ， 方便 研 究 。研 究 结 果对 可 展 开 机构 的结 构可靠 性设 计和 优化设 计提 供 了数 据支 撑 。
正 方 形 可 展 机 构 的 运 动 学 与 动 力 学 特 性 研 究
孙宏 图， 袁 茹， 王 三 民
７ １ ０ ０ ７ ２ ）
（ 西北工业大学 机 电学院 ， 陕西 西安
摘
一
要： 由单元机 构 阵列组合 而成的可展 结构在航 天、 航 空、 建筑等领域具有广 阔的应用前景 ， 对其进
要发展方向之一。而可展结构基本上都是将单元机 构进 行线 、 面或 循 环 阵 列 组 合 ， 形 成 一 种 机 构 式 结
构＿ 】 ４ 。 。然 而现 有 的可 展 机 构 种类 较 少 ， 多 为 剪 刀
机构， 为 了增 加可展 机构 的种类 ， 本文 提 出一种新 型
连杆 、 Ｌ型 分层 连 杆 彼 此 间通 过 圆 柱 销 连 接 而 成 。 其机 构运动 简 图如 图 ２所示 ， 其 中， 可 将 中间短十 字 型分 层 连 杆 （ 基本点 ３ ７ 、 ３ ８ 、 ３ ９ 、 ４ ０所 连杆 件 ） 视 为 机架 ， 原 点定义 及 坐标 系 的 建立 如 图 ２所 示 。 由螺 旋理 论 可 得 到该 可 展 机构 的 自由度 为 １ ， 且 为 旋 转
自由度。故将 与机架相连接 的一个长 Ｔ形连杆作
为驱 动件 ， 绕与 机 架相 连 接 的铰 接 点旋 转 运 动 。当 该 正方形 可展 机构完 全折叠 时 ， 由于有分 层连杆 ， 使 得该 正方 形可展 机 构各 个 构 件相 互 叠 加在 一 起 ， 如 图１ ａ ） 所示 ， 即为 机 构完 全 折 叠状 态 图 。该 机构 的 驱 动杆件 在 电动机 的作 用 下 旋转 运 动 ， 当其 由折 叠
ｂ ） 展开状态
图１ 正方形平面阵列可展 机构
基金项 目 ： 国家 自然科学基金 （ ５ １ １ ７ ４ ２ ２ ） 资助
作者简介 ： 孙 宏图（ １ ９ ８ ９ 一） ， 西北工业大学硕士研 究生 ， 主要从事空间机构与天线 展开机构设计与分析研 究。
第 ４期
孙宏 图等 ： 正方形可展机构 的运动学与动力学特性研究
状态旋转 １ ８ ０ 。 时， 该机构呈现 以机架为中心分散展 开如 图 １ ｂ ） 所示 ， 即为 机构完全 展开 图 。当该 结构
正 方 形 可展 机 构 的构 型 设计
如图 １ 所示 ， 该正方形可展机构是 由长十字型
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ ． １ ０ － ２ ８
ａ ） 折叠状态
行运动学和动力学分析成为目前机械工程领域的一个研究。将正方形机构进行平面阵列组合形成 了 种新型 可展机 构 ， 对其进行 了构 型设计并 以可展机构 的铰接 点位移为 笛卡 尔坐标 ， 依 据组成特 点建
立 了可展 结构的运动 约束 方程 ， 进 而获得基 本 点的速 度和加 速度 。基 于拉格 朗 日方程 建立 了可展 结 构的动 力学分析模 型 ， 进行 了可展 结构的动 力学分析 。通 过算例得 出： ①这种 可展 结构的 面积 收缩 比 为２ ． ４ ３ ； ②这种 结构在展 开过程 中， 运 动平缓 ， 冲击 小， 无卡滞现 象。 关 键 词： 动力学， 运动 学 ， 拉 格 朗 日乘子 ， 正方 形 可展机 构
文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０ － ２ ７ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ６ ２ ０ － ０ ４ 连杆 ， 短 十字 型分 层连杆 、 长 Ｔ型连杆 、 短 Ｔ型 分 层
中图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ １ ３ ． ２
目前 ， 大 型可展 结 构 已成 为航 天 科技 发 展 的重
４ ０３ ７ ’
Ｔ＝÷口 ＾ （ 鼋 ） 叠
在运输 、 存储时 ， 可将其折叠 ； 在需要其展开工作时 ， 可 由电动机 驱动 展开 。
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（ ４ 。 ）
式 中 Ｌ＝Ｔ—Ｖ 是拉格朗 日 算子 ， 和 分别代表系 统 的动 能 和势能 。 由于 口是 非 独立 的且 通 过 约束 方 程相互关联 ， 所 以等式左边引入了第 ３ 项。 向量 Ａ 是 拉格 朗 Ｅ ｔ 乘 子。 Ｑ 是 在 笛 卡尔 坐标 系 下 的外力 列 阵。 （ ４ ）式 中的动 能 可 以写 成
的平 面 阵列 可 展 机 构一 正 方形 可展 机 构 。可 展 机 构 的运动学 与 动力学 特 性 对 可展 结 构 的运动 同步 性 、 承 载稳定 性等 起着 决 定 性作 用 ， 为 了保 证 可展 结 构 在 展开运 动 时不发 生 卡 滞 ， 展 开 到位 时 不 发 生大 的 冲击 ， 需 要 对 其 运 动 学 与 动 力 学 特 性 进 行 深 入 研