[發(fā)明專利]基于過約束的連續(xù)性來判斷機(jī)構(gòu)中虛約束及其數(shù)量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110311330.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN112936289B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉慧;戴祿君;王友利;羅國(guó)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 太原萬惟新致知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14121
• 代理人: 黃海燕

1.基于過約束的連續(xù)性來判斷機(jī)構(gòu)中虛約束及其數(shù)量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）找出并聯(lián)構(gòu)件，確定作用在并聯(lián)構(gòu)件上的動(dòng)法線和靜法線的數(shù)量、位置：將機(jī)構(gòu)中各個(gè)運(yùn)動(dòng)副均等效成若干個(gè)約束點(diǎn)，將約束點(diǎn)處的法線定義為約束法線，所述約束法線分為靜法線、動(dòng)法線，所述靜法線表示相關(guān)構(gòu)件約束點(diǎn)的位置在法線方向相對(duì)于機(jī)架是靜止的，動(dòng)法線表示相關(guān)構(gòu)件約束點(diǎn)的位置在法線方向相對(duì)于機(jī)架是運(yùn)動(dòng)的，以此為基礎(chǔ)確定作用于并聯(lián)構(gòu)件上的法線數(shù)量、性質(zhì)、位置；

（2）確定靜法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度及過約束的影響，首先根據(jù)作用到并聯(lián)構(gòu)件上靜法線的數(shù)量及其幾何關(guān)系，判斷靜法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度的影響，進(jìn)而判斷并聯(lián)構(gòu)件的過約束及其數(shù)量，具體方法為：

判斷靜法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度影響的方法為：A:若并聯(lián)構(gòu)件上有兩條平行法線，則并聯(lián)構(gòu)件在法線方向的移動(dòng)自由度、在法平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度被限制；B：若并聯(lián)構(gòu)件上有三條不在同一平面內(nèi)的平行法線，則該并聯(lián)構(gòu)件沿法線方向的移動(dòng)自由度及繞法線垂直面內(nèi)任意兩條直線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度被限制；C：若并聯(lián)構(gòu)件上有兩條法線交于一點(diǎn)，則在交點(diǎn)處可等效成法平面內(nèi)任意兩條不共線的法線，它們限制該并聯(lián)構(gòu)件在法平面內(nèi)任意兩個(gè)方向的移動(dòng)自由度；D：若并聯(lián)構(gòu)件在一個(gè)平面內(nèi)有3條法線的交點(diǎn)數(shù)量大于1，則該并聯(lián)構(gòu)件在該平面內(nèi)兩個(gè)方向的移動(dòng)、平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度均被限制，即并聯(lián)構(gòu)件在法平面內(nèi)的3個(gè)自由度全部被限制；E：若并聯(lián)構(gòu)件上有三條不共面的法線交于一點(diǎn)，則在交點(diǎn)處可等效成任意三條不共面的法線，限制該并聯(lián)構(gòu)件在空間三個(gè)方向的移動(dòng)自由度；F：若并聯(lián)構(gòu)件上有3條異面法線，則該并聯(lián)構(gòu)件的3個(gè)移動(dòng)自由度被限制；

根據(jù)靜法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度影響判斷并聯(lián)構(gòu)件過約束及數(shù)量的方法為：A：若并聯(lián)構(gòu)件上有n,條法線重合，所述n大于1，則該并聯(lián)構(gòu)件在其法線方向移動(dòng)自由度過約束，過約束的數(shù)量為n-1；B：若并聯(lián)構(gòu)件的某平面內(nèi)有n條平行法線，所述n大于2，則并聯(lián)構(gòu)件繞法平面垂線方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度過約束，過約束的數(shù)量為n-2；C：若并聯(lián)構(gòu)件在某平面內(nèi)有n條交于一點(diǎn)的法線，所述n大于2，則并聯(lián)構(gòu)件在法平面內(nèi)的移動(dòng)自由度過約束，過約束的數(shù)量為n-2；D：若并聯(lián)構(gòu)件在一個(gè)平面內(nèi)有n條法線，所述n大于3，且這些法線至少交于兩點(diǎn)，則并聯(lián)構(gòu)件有n-3個(gè)移動(dòng)過約束；E：若并聯(lián)構(gòu)件有n條異面法線，所述n大于3，則并聯(lián)構(gòu)件有n-3個(gè)移動(dòng)自由度過約束；F：若并聯(lián)構(gòu)件的n條不在同一平面的法線同垂直于一個(gè)平面，則并聯(lián)構(gòu)件有n-3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過約束；G：若并聯(lián)構(gòu)件有同垂直于一個(gè)面的兩個(gè)面，且各有n、m條法線分別垂直于這兩個(gè)面，則并聯(lián)構(gòu)件有n+m-4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過約束；H：若并聯(lián)構(gòu)件有n對(duì)異面平行法線，所述n大于3，則分別有n-3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度與移動(dòng)自由度過約束；

（3）確定動(dòng)法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度及過約束的影響，根據(jù)作用到并聯(lián)構(gòu)件上動(dòng)法線的判斷，得到動(dòng)法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度的影響，進(jìn)而判斷并聯(lián)構(gòu)件的過約束及其數(shù)量，具體方法為：

判斷動(dòng)法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度影響的方法為：A:兩平行動(dòng)法線：作用到并聯(lián)構(gòu)件上的兩條平行動(dòng)法線直接或間接地始于某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，則：若平行動(dòng)法線只能沿其法線方向移動(dòng)，則并聯(lián)構(gòu)件在法平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度被限制；若平行動(dòng)法線只能在法平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，則并聯(lián)構(gòu)件沿動(dòng)法線方向移動(dòng)自由度被限制；若平行動(dòng)法線既能沿動(dòng)法線方向移動(dòng)又能在法平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，則并聯(lián)構(gòu)件的自由度未被限制，即兩條平行動(dòng)法線為無效動(dòng)法線；

B：如果作用到并聯(lián)構(gòu)件上的兩條相交動(dòng)法線的運(yùn)動(dòng)直接或間接地來自于某構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，則：若動(dòng)法線只能沿某一方向移動(dòng)，則目標(biāo)構(gòu)件在該移動(dòng)的垂直方向的移動(dòng)自由度被限制；若動(dòng)法線只能繞法平面內(nèi)的某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則目標(biāo)構(gòu)件在約束點(diǎn)處沿動(dòng)法線垂線方向的移動(dòng)自由度被限制；若動(dòng)法線同時(shí)能沿某個(gè)方向移動(dòng)與繞某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則兩條相交動(dòng)法線為無效動(dòng)法線；

根據(jù)動(dòng)法線對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度影響判斷并聯(lián)構(gòu)件過約束及數(shù)量的方法為：如果作用到并聯(lián)構(gòu)件上的n條平行動(dòng)法線的運(yùn)動(dòng)直接或間接地始于某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，所述n大于2，則并聯(lián)構(gòu)件在其法平面內(nèi)受到n-2個(gè)過約束；相交動(dòng)法線引起的過約束判斷：在一個(gè)法平面內(nèi)，如果作用到并聯(lián)構(gòu)件上的n條動(dòng)法線的運(yùn)動(dòng)直接或間接地來自于某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，且各條動(dòng)法線在其約束點(diǎn)處的垂線相交于一點(diǎn)，所述n大于2，則并聯(lián)構(gòu)件有n-2個(gè)移動(dòng)過約束；若各條動(dòng)法線在其約束點(diǎn)處的垂線交點(diǎn)數(shù)量大于1，則目標(biāo)構(gòu)件的速度瞬心不是唯一的，目標(biāo)構(gòu)件將無法運(yùn)動(dòng)；

（4）綜合靜、動(dòng)法線疊加判斷對(duì)并聯(lián)構(gòu)件自由度及過約束的影響：將步驟（3）中動(dòng)法線約束的自由度與步驟（2）中靜法線約束的自由度進(jìn)行疊加，若動(dòng)法線與靜法線約束的是并聯(lián)構(gòu)件的同一個(gè)自由度，則會(huì)增加一個(gè)過約束，以最終確定并聯(lián)構(gòu)件的自由度與過約束及其數(shù)量；

（5）判斷過約束是否構(gòu)成虛約束：根據(jù)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，并聯(lián)構(gòu)件的各個(gè)過約束是否連續(xù)，連續(xù)的過約束構(gòu)成虛約束，據(jù)此判斷過約束是否能構(gòu)成虛約束以及虛約束的總數(shù)量。