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Bennett机构交错角区间和机构类型的关系

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机械工程学报 2020年第9期56卷 9-17页

作者：鹿玲张一同牟德君胡波卢文娟燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省重型智能制造装备技术创新中心秦皇岛066004 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004

目前bennett(BNT)机构根据回转副轴线的方向,分成非对称安装和线性对称安装两类。为了研究这两类机构的共性和区别,在杆件交错角(0,2π)的区域内,用相邻象限组合为4个区间,由S12(第1-2象限)区间和S34(第3-4象限)区间各得到1组非对称安... 详细信息

目前bennett(BNT)机构根据回转副轴线的方向,分成非对称安装和线性对称安装两类。为了研究这两类机构的共性和区别,在杆件交错角(0,2π)的区域内,用相邻象限组合为4个区间,由S12(第1-2象限)区间和S34(第3-4象限)区间各得到1组非对称安装的左旋和右旋BNT机构;由S23(第2-3象限)和S41(第4-1象限)区间各得到1组线性对称安装的左旋和右旋BNT机构。把前后2组机构进行对比,只有轴线方向是非对称的,机构结构本身都是对称的。由于S12和S34区间的非对称安装机构,通过交错角的设定,可以转换为S41区间的线性对称机构,所以线性对称和非对称之间并无本质差别,4组机构本质是相同的1组。因为S41区间机构的运动副的轴线方向指向相同,轴线的正方向与相邻杆内角逆时针的角位移方向一致,所以把S41区间改用交错角锐角表示的R41(第4-1象限)区间作为交错角的工作区间,就得到线性对称的右旋型和左旋型两种BNT机构基本类型,这两类机构的运动链是相同的,只是以不同构件为机架得到两种机构的形式。根据这些概念,左旋型和右旋型BNT机构,采用交错角锐角给出了统一的结构参数方程和含相邻杆内角表示的闭环位移方程。这种交错角为锐角的统一参数方程,简单,直观,便于应用。研究强调并补充了相邻杆的交错角不能在作用区间的同一象限选取的一个必要的约束条件。

关键词： Bennett机构约束条件交错角结构参数闭环位移方程

Bennett机构、包络六面体与J-单叶双曲面映射可视化研究

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机械传动 2021年第6期45卷 8-15,119页

作者：白乐乐杭鲁滨上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

基于Bennett机构构造的包络六面体,推导了机构构型与其运动副轴线对应的单叶双曲面之间瞬态相对位姿关系,可视化探究了Bennett机构、机构包络六面体与单叶双曲面之间动态位姿映射;分析了Bennett机构对角线相等时包络六面体构型的几何特... 详细信息

基于Bennett机构构造的包络六面体,推导了机构构型与其运动副轴线对应的单叶双曲面之间瞬态相对位姿关系,可视化探究了Bennett机构、机构包络六面体与单叶双曲面之间动态位姿映射;分析了Bennett机构对角线相等时包络六面体构型的几何特征。由特定结构参数Bennett机构对应单叶双曲面腰部空间形态及腰截面投影可视化研究发现,机构在特定构型包络六面体底面投影与单叶双曲面腰椭圆短轴重合,引发探究该构型机构压力角的启示。研究发现,当输入角等于nπ+π/2(n∈N),任一Bennett机构包络六面体底面投影线与腰椭圆短轴重合,机构出现最小压力角且最小压力角等于输出杆件运动副扭转角。从特定结构参数机构与其关联特征几何体、曲面、曲线间映射的可视化研究获得启示,可为进一步揭示运动学普遍规律提供研究思路。

关键词： Bennett机构运动学单叶双曲面瞬态映射压力角

基于Bennett机构的空间连杆机构特性研究

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基于Bennett机构的空间连杆机构特性研究

作者：石金宝燕山大学

学位级别：硕士

空间连杆机构由于具有比较特殊的运动特性,因此其研究价值和应用前景都非常可观。本文以Bennett机构为基础,通过多种组装方式来构建各种空间连杆机构,用以满足其在航空航天、医疗工程、土木工程等相关领域的特殊要求。目前对bennett机... 详细信息

空间连杆机构由于具有比较特殊的运动特性,因此其研究价值和应用前景都非常可观。本文以Bennett机构为基础,通过多种组装方式来构建各种空间连杆机构,用以满足其在航空航天、医疗工程、土木工程等相关领域的特殊要求。目前对Bennett机构的机构类型的划分以及机构类型与杆件参数的关系的研究不够充分。因此,本文通过在不同象限选取杆件交错角的方式对Bennett机构进行分类,并采用建立球面指标的方式对不同机构的内外角闭合位移方程进行推导,得出不同类型Bennett机构运动特性的联系和区别。其次,本文采用将各种类型的Bennett机构相组合的方式得到多种空间5R机构、空间6R机构及其他单自由度空间多杆机构。推导出各个空间多杆机构的杆件参数和位移方程。随后,基于一种空间双U副6R机构,研究其运动姿态,验证该6R机构能够成为空间可折展机构的基本单元。然后以空间双U副6R机构为基本单元,通过伞形装配方式和剪叉装配方式建立基本空间可折展机构。最后,通过建立机构的D-H参数,采用齐次坐标变换和机构闭合位移方程相结合的方法,建立空间可折展机构基本单元以及4-6R机构的运动学模型,计算出机构的各个连杆的位移、速度及加速度。

关键词：空间连杆机构 Bennett机构运动学分析空间可折展机构

基于Bennett机构的可展天线支撑桁架设计与研究

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基于Bennett机构的可展天线支撑桁架设计与研究

作者：黄思敏桂林理工大学

学位级别：硕士

我国航天工业近年来高速发展,其中卫星的发展对星载天线等空间可展机构提出了更高的要求。空间可展天线的发展特点是高展收比、高精度、高强度、轻量化,其设计广泛应用空间过约束单元机构。通过阵列,叠加等设计方法可以构造由bennett单... 详细信息

我国航天工业近年来高速发展,其中卫星的发展对星载天线等空间可展机构提出了更高的要求。空间可展天线的发展特点是高展收比、高精度、高强度、轻量化,其设计广泛应用空间过约束单元机构。通过阵列,叠加等设计方法可以构造由bennett单元机构组成的大型可展机构,可拟合各种复杂曲面,其拟合成的柱面用于可展天线支撑桁架具有灵活的方向性,刚度大,强度高,收纳率高,空间热稳定性好的优点。然而,因为可展机构理论的不成熟,可展天线在工程中的应用出现了许多问题,例如各基本单元展开不协调与不能展开至目标形面,展开后天线结构塌陷和不稳定。因此进行可展天线的构型设计,运动学及动力学理论研究具有工程价值。本文以由纯转动副组成的空间过约束四杆机构——Bennett机构为基础,设计了由Bennett机构作为基本组成单元的单自由度可展机构,并将其运用于卫星抛物柱面空间可展天线设计,完成的主要工作如下:首先,分析了Bennett机构的工作原理,用分段法得到圆柱面可展机构的关键设计点位置,设计了单元Bennett机构新型构型,通过叠加的方式将其相连,得到拟合的柱面桁架。利用索网拟合天线的抛物反射面,用连接立柱将索网层和桁架层连接起来,通过控制连接立柱的高度控制索网的形面。其次,对可展开天线进行了运动学分析。利用坐标变换法得到了单元Bennett机构运动副的运动规律,将MATLAB得到数值计算结果与ADAMS仿真结果进行比较,验证了理论设计的正确性。分析计算了可展机构的自由度及收纳率。分析驱动杆件在不同的输入运动下,得到的驱动力矩的变化曲线,从而选择天线最优的展开方式。然后,基于牛顿-欧拉法,利用虚功原理建立了天线支撑桁架的多刚体动力学模型。由于可展天线展开过程中惯性力大,杆件的轴承需承受较大的约束反力,可能导致轴承失效,通过分析得到了与卫星伸展臂相连的单元Bennett机构各运动副的约束反力变化曲线,为轴承的选型和可展天线的运动控制提供了理论依据。最后,为了提高天线整体刚度,避免共振现象,保证形面精度和稳定性,利用软件对天线结构进行模态分析,得到了天线在不同构型情况下的固有频率,并对索网构型对天线刚度的影响进行分析,分别分析了材料,索网直径和索网预应力对天线模态的影响。本文通过对以Bennett机构为基本单元的柱面可展天线桁架机构的设计,提供了一种该类机构构型设计,运动学及动力学分析,提高空间可展天线刚度的方法,对于空间可展天线机构的设计有重要意义。

关键词： Bennett机构空间可展开天线运动学分析动力学分析展开控制

基于Bennett机构的环形可展开桁架设计与分析

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组合机床与自动化加工技术 2024年第2期 24-26,30页

作者：周凯红尹振巍黄思敏桂林理工大学机械与控制工程学院桂林541006

针对环形天线桁架在面对大口径卫星天线时存在柔性较大、容易引起卫星天线形变的问题,提出一种基于Bennett机构的环形可展桁架。首先,介绍空间过约束Bennett机构,通过改变Bennett机构的转动副与连杆关系,得到稳定的Bennett机构替代构型... 详细信息

针对环形天线桁架在面对大口径卫星天线时存在柔性较大、容易引起卫星天线形变的问题,提出一种基于Bennett机构的环形可展桁架。首先,介绍空间过约束Bennett机构,通过改变Bennett机构的转动副与连杆关系,得到稳定的Bennett机构替代构型;其次,以替代构型为基本单元,构建基本单元之间的过渡机构,实现单元之间的衔接和力矩的传递,从而构建出环形可展桁架;最后,通过结构优化和仿真实验,验证了该桁架的可靠性,并与现有的三种环形桁架进行对比。结果表明,该桁架的比刚度与比模态频率均大于其它三种环形可展天线桁架,具备良好的稳定性。

关键词：可展开机构 Bennett机构比刚度比模态频率

采用柔性滚动接触铰链的Bennett机构及其在折纸机器人中的应用

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采用柔性滚动接触铰链的Bennett机构及其在折纸机器人中的应用

作者：郭晓磊天津大学

学位级别：硕士

本文探究了将柔性滚动接触铰链应用于Bennett机构的可能性。基于对采用两个和四个滚动接触铰链的Bennett机构的运动学分析,提出了设计方法。作为采用四个滚动接触铰链的Bennett机构的应用,搭建一种厚板折纸机器人。为了使机器人获得良... 详细信息

本文探究了将柔性滚动接触铰链应用于Bennett机构的可能性。基于对采用两个和四个滚动接触铰链的Bennett机构的运动学分析,提出了设计方法。作为采用四个滚动接触铰链的Bennett机构的应用,搭建一种厚板折纸机器人。为了使机器人获得良好的性能,设计了一种新型的柔性滚动接触铰链。本文的第一部分致力于采用两个和四个滚动接触铰链的Bennett机构的运动学分析。由于滚动接触铰链的轴线随接触线变化而变化,直接进行运动学分析是困难的。然而由于Bennett机构的线对称性,我们将采用两个滚动接触铰链的Bennett机构转换成普通线对称的Bricard机构来进行分析,将采用四个滚动接触铰链的Bennett机构转换成线对称的八杆机构来进行分析。介绍和验证了搭建采用两个滚动接触铰链的Bennett机构的方法,其运动路径与原始的Bennett机构是相同的。第二部分搭建了采用厚板折纸和柔性滚的接触铰链的机器人。厚板折纸为机器人提供了足够的刚性,因此机器人具有单自由度并可由单个舵机驱动。机器人的结构基于采用四个滚动接触铰链的Bennett机构和Arc折纸模型来设计。装配采用柔性滚动接触铰链,相对于传统转动副,可以减小重量、摩擦和尺寸,并且简化了加工和装配。实验结果验证了该机器人可以通过折叠与展开其自身机构产生爬行运动。

关键词：柔性滚动接触铰链 Bennett机构厚板折纸折纸机器人

基于Bennett机构的柱面拟合可展机构的设计及分析

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基于Bennett机构的柱面拟合可展机构的设计及分析

基于Bennett机构的柱面拟合可展机构设计及分析

第二届可展开空间结构学术会议

作者：杨佳鑫吕胜男丁希仑北京航空航天大学

可展机构既可展开至指定构形用于工作,也可收拢以便于运输,在航天和建筑等领域具有广阔的应用前景。本文提出并设计了一种以bennett过约束机构为基本组成单元的可展机构,该机构的工作形面可拟合柱面,且具有全部杆件可紧凑折叠成一束的... 详细信息

可展机构既可展开至指定构形用于工作,也可收拢以便于运输,在航天和建筑等领域具有广阔的应用前景。本文提出并设计了一种以bennett过约束机构为基本组成单元的可展机构,该机构的工作形面可拟合柱面,且具有全部杆件可紧凑折叠成一束的收拢构型。首先,对Bennett机构进行了几何描述,并分析其运动学特性;其次,利用剪式机构实现了单元机构的组合连接,保证了设计关键点准确位于目标参数曲面上,并计算了所设计的可展机构的展收比;最后,对机构的运动学及动力学性能进行了仿真分析,验证了所提出的设计,为后续的样机研制提供理论依据。

关键词：可展机构 Bennett机构柱面拟合运动学分析

来源： cnki会议评论

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深空探测学报 2017年第4期4卷 340-345页

作者：杨佳鑫吕胜男丁希仑北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

可展机构既可展开至指定构型用于工作,也可收拢以便于运输,在航天和建筑等领域具有广阔的应用前景。本文提出并设计了一种以bennett过约束机构为基本组成单元的可展机构,该机构的工作形面可拟合柱面,且具有全部杆件可紧凑折叠成一束的... 详细信息

可展机构既可展开至指定构型用于工作,也可收拢以便于运输,在航天和建筑等领域具有广阔的应用前景。本文提出并设计了一种以bennett过约束机构为基本组成单元的可展机构,该机构的工作形面可拟合柱面,且具有全部杆件可紧凑折叠成一束的收拢构型。对Bennett机构进行了几何描述,并分析其运动学特性;利用剪式机构实现了单元机构的组合连接,保证了设计关键点准确位于目标参数曲面上,计算了所设计的可展机构的展收比;对机构的运动学及动力学性能进行了仿真分析,验证了所提出的设计,为后续的样机研制提供了理论依据。验证结果表明:本文提出的bennett过约束机构单元组合简单、形面拟合精度高、刚度大,能够很好地应用于该圆柱面天线的设计。该研究对航天可展机构的设计分析具有参考价值。

关键词：可展机构 Bennett机构柱面拟合运动学分析

bennett单元阵列可展机构的动力学分析

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哈尔滨工业大学学报 2019年第1期51卷 134-141页

作者：智常建王三民李剑锋李博彭麒安西北工业大学机电学院西安710072

为分析bennett单元阵列可展机构的几何特性、运动学特性和动力学特性,建立通用的bennett单元阵列可展机构的运动学和动力学分析模型.采用拆解法将bennett单元阵列可展机构中的单元机构分成4个空间串联开链机构;根据开链机构的特性,引入... 详细信息

为分析bennett单元阵列可展机构的几何特性、运动学特性和动力学特性,建立通用的bennett单元阵列可展机构的运动学和动力学分析模型.采用拆解法将bennett单元阵列可展机构中的单元机构分成4个空间串联开链机构;根据开链机构的特性,引入坐标变换法结合螺旋理论建立bennett单元阵列可展机构的运动学分析模型,用虚功原理法将各空间串联开链机构组装在一起,构建动力学分析模型和动力学分析方法;以4×4 bennett单元阵列可展机构为例分析其运动学和动力学,并用仿真和实验来验证所建立的动力学分析模型和动力学分析方法.结果表明:算例中的bennett单元阵列可展机构在其运动范围内运动平稳,对角线上的单元机构距离驱动单元愈远,其驱动角的角速度和角加速度变化范围越大.广义力矩的变化比较平缓,在其运动范围内不会引起较大冲击.仿真结果、实验结果与运动学和动力分析模型计算结果吻合较好,说明该运动学和动力学分析模型和方法是准确的,可以用来指导bennett单元阵列可展机构的构型设计、轨迹规划和动力系统参数的选定等.

关键词： Bennett机构可展机构动力学分析螺旋理论虚功原理