状态空间方法的多级机构运动方案自动生成方法

作     者：郭家宝 申会鹏 韩春阳 韦留建 张旭鹏 王德伦 

作者机构：河南工业大学机电工程学院 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室 大连理工大学机械工程学院 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：河南省高等学校青年骨干教师培养计划(2023GGJS060) 河南工业大学青年骨干教师培育计划(2022-0503/21420191) 辽宁省揭榜挂帅科技攻关专项(2021JH1/10400099) 河南省超硬磨料磨削装备重点实验室开放课题(JDKFJJ2023008) 

主　　题：机构传动方案设计 多样化设计 串联机构 并联机构 串并联混联机构 计算机辅助设计 

摘      要：针对机构传动方案的多样化设计与自动生成问题，提出了一种串并联机构方案及串并联混合联接机构方案的设计方法。首先，基于状态变换理论，利用状态变换矢量和矩阵表达了基本机构的输入、输出运动及机构的运动形式，以及机构输入和输出运动的运动方式；然后，根据状态变换矩阵之间的乘积与矩阵之和，表达了机构之间的串联、并联和串并联混合联接的组合，并根据矩阵的分解规则与基本机构单元库，系统生成了不同的串并联及混合联接的机构设计方案；其次，为了实现串并联机构设计过程的自动化，开发了计算机辅助设计平台，该平台集成了MATLAB App Designer和SolidWorks，对设计方案进行了创建和评估，自动化地保证了复杂机构布局生成的准确和效率；最后，通过一个涉及打印机传动机构的案例研究，验证了该设计方法的有效性。研究结果表明：该设计方法具有通用性，在组成机构分解与不分解两种情景下，可分别计算出69 984种设计方案和1 432 922 400种设计方案，验证了该方法对机构方案多样化设计的有效性。该设计方法为解决机构方案多样化设计提供了新途径。