基于Bennett机构的空间大尺度可展网络的组装与分析

论文摘要

论文是以一种空间过约束机构——Bennett机构为研究对象,通过不同的组装方式来构造多种空间大尺度可展网络,以满足其在航空航天、土木工程以及玩具工业等相关领域的特殊需求。考虑到含单自由度运动副机构尤其是只含有转动副的机构相比其它机构的可靠性和稳定性更高,因此论文对含有单自由度副即转动副、移动副和螺旋副的运动链进行机构综合。以螺旋理论为基础,通过李群的概念来描述机构的运动,对运动链的自由度以及可行性运动进行机构综合,并且完成机构综合列表。论文的主体部分是确定以含有最少转动副的单闭环机构--Bennett机构为基本单元进行大尺度可展机构或者网络的组装。首先在Bennett机构的基础上进行创新性设计得到剪叉式Bennett机构,然后论文以剪叉式Bennett机构为基本单元完成了平面可展网络的组装,接着分别用Bennett机构和剪叉式Bennett机构为基本单元构建了不同的基本模块,继而通过基本模块完成了不同空间可展机构或者网络的组装。然后通过D-H参数法对Bennett机构进行了运动学分析,以此为基础完成了对平面可展网络和基于单自由度模块的可展网络的运动学分析,并通过ADMAS仿真软件进行运动学仿真。最后对空间大尺度可展网络的刚化锁定进行研究。在约束条件一定的前提下,对刚化绳索布置方式进行了研究,利用APDL语言对刚化后的结构建立相应的等效模型并进行参数优化以及模态分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 可展机构的概述
• 1.2 可展机构研究的目的和意义
• 1.3 国内外空间可展机构研究与应用现状
• 1.3.1 国外空间可展机构研究与应用现状
• 1.3.2 国内空间可展机构研究与应用现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 含单自由度副运动链的机构综合
• 2.1 引言
• 2.2 机构综合的理论基础
• 2.3 单自由度运动副构成的开环运动链的机构综合
• 2.4 单自由度运动副构成的闭环运动链的机构综合
• 2.5 空间过约束机构
• 2.5.1 Bennett 机构的基本形式及其几何条件
• 2.5.2 Bennett 机构的几何形态及其几何参数
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于Bennett 的大尺度网络组装与分析
• 3.1 引言
• 3.2 剪叉式Bennett 机构的形式及其几何参数
• 3.3 基于剪叉式Bennett 机构的大尺度平面可展机构的设计
• 3.4 基于Bennett 机构的模块化的大型可展机构的设计
• 3.4.1 基于单自由度模块的大型可展机构的设计
• 3.4.2 基于多自由度模块的大型可展机构的设计
• 3.5 基于Bennett 的空间大尺度可展网络的组装分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 运动学分析与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 Bennett 机构的运动学分析与仿真
• 4.2.1 Bennett 机构的运动特性分析
• 4.2.2 Bennett 机构的运动学分析
• 4.2.3 Bennett 机构和剪叉式Bennett 机构的运动分析和对比
• 4.3 基于剪叉式 Bennett 平面可展机构的运动分析
• 4.4 基于单自由度模块的空间可展机构运动学分析
• 4.4.1 单自由度模块的运动学分析
• 4.4.2 多模块可展机构运动学分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 空间可展网络力学性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于剪叉式Bennett 机构的可展网络刚化分析
• 5.2.1 锁定机构的设计和建模
• 5.2.2 绳索刚化方式的对比和分析
• 5.2.3 绳索刚化位置的对比和分析
• 5.2.4 弦索和弦杆对比分析
• 5.3 基于剪叉式Bennett 的刚化结构的优化设计
• 5.3.1 刚化结构等效模型的建立
• 5.3.2 最优化数学模型的建立
• 5.3.3 优化求解及模态分析
• 5.4 单自由度模块化可展机构刚化分析
• 5.4.1 弦索和弦杆对比分析
• 5.4.2 单自由度模块化刚化结构的优化设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 含R、P 和H 副的运动链的机构综合
• 致谢