Abstract ：

含间隙铰连杆结构广泛应用于空间可展开桁架,如太阳能电池板、卫星天线、空间站等。由于间隙等非光滑因素的存在,使得可展开桁架在展开过程中不可避免地产生运动副之间的接触和分离,对整个结构的动力学特性产生影响,甚至出现空间结构失稳、指向精度下降等问题。因此,探究与其密切相关的高维分段光滑系统非线性动力学特性对于提高大型空间可展结构控制精度、运行安全等具有重要指导意义。由于系统动力学行为的复杂性,对于高维分段光滑系统周期解存在性的研究,特别是在理论与方法上还有待进一步提高和完善。本文主要研究一边固支的含间隙铰连杆系统在轴向外部谐波激励下周期解的存在性。根据铰链间隙引起的非线性结构特性,针对简化的二自由度含间隙质量-弹簧系统,通过引入适当的坐标变换,基于一阶平均理论获得该系统周期解存在的判别函数,通过Brouwer度理论获得其周期解存在的参数条件,并分析间隙等非光滑关键参数对该系统动力学行为的影响。研究结果为含间隙铰连杆系统的设计具有一定的指导意义。

Keyword ：

含间隙铰连杆结构 质量-弹簧模型 周期解的存在性 分段光滑系统 平均理论

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本发明提供一种防卡死的畸形矫正骨外固定器，该固定器共有6个自由度，主要由近端环、远端环、6个长度可调节的支链、调节旋钮、可滑动自锁紧针夹、T型环状沟槽以及克氏针组成。通过克氏针将畸形骨固定在固定器的固定环上，在近端环和远端环上分别布置有T型环状沟槽，自锁紧针夹可在沟槽中滑动。通过调节支链的长度和锁定部分运动副可以改变动平台的的位姿，实现成角、错位、旋转或者分离等三维畸形的矫正。本发明的每个支链上的三个球铰可以实现单独的锁紧，可有效避免矫正过程中的干涉和卡死等问题，实现矫正所有旋转和位移畸形，滑动自锁紧针夹有效的预防针道感染等并发症，矫正过程不需要变更框架和支撑杆，固定可靠，使用方便。

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针对人体肩关节运动障碍的康复训练需求,提出一种3R-PU型串联肩关节康复外骨骼机构,可以实现肩关节的内收/外展、前屈/后伸和内旋/外旋运动。通过在人机界面引入被动关节P和U,使外骨骼机构与上臂形成的人机闭链转化为3-DOF运动学恰约束系统,实现外骨骼机构与人体上臂的运动学相容。基于人体肩部各关节间的运动耦合分析,得到盂肱关节转心(Center of glenohumeral,CGH)在上臂抬升过程中相对于胸骨的位置变化关系。通过建立人机闭链的运动学模型,并进行位置逆解析,得到外骨骼机构各运动副的角位移变化曲线;同时,推导了人机闭链的速度雅可比矩阵,进行了运动灵活性分析。结果表明:被动关节P和U...

Keyword ：

肩关节康复 运动学分析 运动灵活性 外骨骼机构 人机相容性

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直线滚动导轨副在现代机床和3D制造设备上发挥着不可替代的作用.研究滚珠与滚道之间结合面的接触问题是研究滚动运动副磨损问题、疲劳寿命问题和摩擦问题的基础.将离散化的多重求和公式代替连续积分采用最小余能原理对滚珠-滚道接触区应力及应变进行计算.计算结果同样精确的得到了接触区内的压力、变形分布,同时得到了不同预紧等级下应力、变形分布、压力及接触面积的变化规律.

Keyword ：

应力分布 共轭梯度 滚动导轨副 最小余能 接触

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基于正十二面体结构的特殊性和对称性,提出一种具有一个移动自由度的对称可展耦合机构。针对正十二面体包含的几何要素及空间布局,建立耦合框架结构,定义对应的构件类型并确定支链组成,根据各构件的连接情况设计3种类型替代构件,按照耦合框架结构用转动运动副(R副)将替代构件顺次连接,构建出机构基础模型。分析基本单元环的内部约束,在确定其具有可动性的基础上对机构基础模型的自由度及输出运动性质进行分析,设计出期望的对称耦合机构。建立耦合机构的三维实体模型,设置不同的驱动条件,通过Matlab获得节点构件和末端件的位移变化曲线,得到的结果与理论分析结果一致,表明提出的新机构是一种具有可展性的单移动自由度对称耦合...

Keyword ：

替代构件 可展机构 正十二面体 多环耦合机构

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本文主要研究了含间隙运动副桁架单胞的等效建模方法.主要考虑了桁架单胞的等效刚度问题以及阻尼问题.首先从间隙铰链开始研究,提出全面的铰链模型;其次提出用位移法将桁架单胞等效成板,即把桁架单胞看成是由梁元组成的钢架结构,运用平面钢架位移法得出桁架单胞的等效刚度矩阵,进而得出结构的整体固有频率和等效后的板的刚度矩阵.最后用有限元软件ANSYS对单胞结构在不同边界条件下进行了模态分析,将在自由边界条件下的固有频率和解析得出的频率做了对比,发现二者有很好的吻合度.结果表明由于间隙运动副的存在,使得桁架单胞结构的刚度降低,柔性增强.

Keyword ：

等效 Warren桁架 位移法 有限元分析 铰链

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设计高精度的大变形柔性铰链,用以替代传统刚性运动副,对于具有一般宏观运动的机构及机器人具有重要理论和现实意义。提出10种柔性铰链设计方案,利用ANSYS和ADAMS仿真,通过性能比较优选出X型和Y型两种新型柔性铰链,再经过结构设计并加工制作出两柔性铰链,利用3D光学坐标测量仪OPTOTRAK对其进行轴漂测量,通过试验数据分析最终确定性能最优的X型柔性铰链,用其替换平面3-RRR并联机器人上的刚性转动副,进行了机器人动平台沿直径为100 mm圆运动的轨迹跟踪试验,并与单片簧柔性铰链及刚性铰链情况对比,试验结果表明:X型柔性铰链能够很好地替代并联机器人中的刚性转动副,采用X型柔性铰链时机器人末端最...

Keyword ：

并联机器人 轴漂 柔性铰链

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针对三自由度移动多环耦合机构开展构型综合,提出了通过添加耦合支链将并联机构向等自由度多环耦合机构转变的2个基本原则.根据这2个基本原则,基于三自由度移动并联机构3-(RRR)RR综合出有等自由度性质的一类对称多环耦合机构.首先,根据单闭环自由度公式确定耦合支链上运动副的个数.然后,为避免出现瞬时机构,分析耦合支链上运动副的种类.最后,通过对耦合支链的组装,综合出了一类具有一、二级耦合节点的对称三自由度移动多环耦合机构.

Keyword ：

多环耦合机构 螺旋理论 构型综合

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为有效解决刚性并联机器人中由运动副带来的间隙、摩擦、冲击等难题,本项目将柔顺机构中的柔性铰链应用到并联机器人中,提出了用柔顺关节替代传统运动副进行传动的主动设计思想,将柔顺机构与并联机器人融合到了一起,构造出新型高性能并联机器人,开拓出柔顺并联机器人前沿新方向,从机构动力学这一基础科学问题入手,全面开展了柔顺关节并联机器人机构动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面研究,形成了一套用于柔顺关节并联机器人研究的理论及实验研究方法,促进了柔顺机构和并联机器人及其交叉学科的发展.

Keyword ：

并联机器人 柔顺关节 机构动力学

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一种9自由度穿戴自适应上肢康复外骨骼机构，包括肩关节适应机构、外骨骼机构、连接机构和支撑件。所述外骨骼机构由肩关节等效机构和肘关节等效机构组成，其中肩关节等效机构实现上臂基于ISB描述的抬升面、抬升角和内外旋角的运动，肘关节等效机构实现前臂屈/伸和旋内/旋外运动；所述肩关节适应机构、连接机构有运动副和连接件组成，其作用是适应肩、肘关节运动耦合影响。连接方式是：支撑件、肩关节适应机构和外骨骼机构顺次固连，且通过连接机构和上肢紧致连接构成人机闭链机构。本发明结构简单；肩关节适应机构布置在前端，使连接支链短，机构重力传输到支撑件，穿戴轻便；适应肩、肘关节运动耦合，解除人机闭链产生与训练无关人机力和力矩。

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