1、第一章引言Hexa Glide并聯(lián)機(jī)床，自然機(jī)械和人工機(jī)械，如何認(rèn)識和修訂這些機(jī)械，“神”創(chuàng)造生靈，人創(chuàng)造機(jī)械，機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)，機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)又稱機(jī)構(gòu)和機(jī)械科學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)，闡明自然和人工機(jī)械的構(gòu)成原理創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)第一節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)的研究對象及其研究的基本問題，一、機(jī)械設(shè)置修訂制造過程中的學(xué)科分類，一.設(shè)置修訂者將頭腦中的構(gòu)想轉(zhuǎn)換為實(shí)體形式或系統(tǒng)，這一過程稱為設(shè)置修訂。 目的性、體系性、創(chuàng)造性、開放性、多樣性、一、機(jī)械設(shè)施修訂制造過程中的學(xué)科分類、2 .機(jī)械工程學(xué)科分類1 )機(jī)械學(xué)(設(shè)施修訂階段：為了準(zhǔn)備信息)機(jī)械構(gòu)造學(xué)、機(jī)械構(gòu)造強(qiáng)度學(xué)、摩擦學(xué)、設(shè)施修訂方法學(xué)、振動(dòng)學(xué)。 2 )機(jī)械制造工程學(xué)(

2、制造階段：信息處理用)金屬工藝學(xué)、制造工藝學(xué)、機(jī)械加工設(shè)備(工具、機(jī)床、夾具)，2 )機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)研究對象，1 .機(jī)構(gòu)的定義狹義(Reulaux定義):機(jī)構(gòu)廣義：機(jī)構(gòu)由部件和運(yùn)動(dòng)副組成，是一種可以確定運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。 機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)的研究對象是由剛體部件構(gòu)成的多體約束機(jī)械系統(tǒng)。 (平面連桿機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu))、現(xiàn)代機(jī)械構(gòu)造學(xué)的研究對象正在擴(kuò)大。 2、研究對象3、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)理論基礎(chǔ)和研究手段1 )理論基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和力學(xué)。 2 )研究手段計(jì)算機(jī)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)與模擬、Matlab、Adams，4 .機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)研究的目的，1 )發(fā)明創(chuàng)造新機(jī)械(機(jī)構(gòu)型綜合)，2 )改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械(先分析綜合)，機(jī)構(gòu)創(chuàng)新是機(jī)械創(chuàng)新的重

3、要組成部分三、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)研究內(nèi)容， 1、結(jié)構(gòu)學(xué)(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué))根據(jù)機(jī)構(gòu)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)傳遞或轉(zhuǎn)換要求確定機(jī)構(gòu)類型和構(gòu)成原理，包括結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合。 1 )結(jié)構(gòu)分析：給出機(jī)構(gòu)，知道構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量，修正自由度，確定自由度類型(平移、旋轉(zhuǎn))。 三、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)的研究內(nèi)容；二)結(jié)構(gòu)綜合：根據(jù)功能要求，確定機(jī)構(gòu)類型，即構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量和連接方式。 其中結(jié)構(gòu)綜合也包括數(shù)綜合和型綜合。 數(shù)綜合：賦予自由度f，決定部件數(shù)n和運(yùn)動(dòng)副數(shù)p。 模型綜合：給出構(gòu)件數(shù)n和運(yùn)動(dòng)副數(shù)p，決定連接方式和結(jié)構(gòu)類型。 三、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)的研究內(nèi)容；2 .運(yùn)動(dòng)學(xué)1 )運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：研究所給機(jī)構(gòu)各部件(或各部件上的點(diǎn))之間的位置、速度和加

4、速度的關(guān)系及其變化規(guī)律。 2 )運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合：根據(jù)機(jī)構(gòu)各部件的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)則確定機(jī)構(gòu)的幾何殘奧計(jì)(運(yùn)動(dòng)學(xué)殘奧計(jì)優(yōu)化)。 三、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)的研究內(nèi)容，三.動(dòng)力學(xué)1 )動(dòng)力學(xué)分析：研究所給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)(位置、速度和加速度)與作用于各構(gòu)件的力或力矩的關(guān)系。 2 )動(dòng)力學(xué)綜合：根據(jù)動(dòng)力學(xué)性能要求，確定動(dòng)力學(xué)殘奧表。4、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)研究的基本問題、機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)綜合、四、機(jī)構(gòu)的分類、1 .按機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式分類的連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、滑輪機(jī)構(gòu)、四、機(jī)構(gòu)的分類、2 .按機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍分為平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)4 .按機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈形式分為串聯(lián)機(jī)構(gòu)、殘奧緊機(jī)構(gòu)混合機(jī)構(gòu)(串行殘奧級)，第二節(jié)機(jī)

5、構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)置修訂的過程，一、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)置修訂的層次，1 .基本原理，關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)研究的不同方面和層次的基本原理和方法的創(chuàng)新，2 .拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3二，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)(機(jī)電系統(tǒng))的設(shè)置修訂過程，三，機(jī)構(gòu)發(fā)展展望，1 2、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)置修訂的理論和方法的系統(tǒng)化、深化，4、微機(jī)構(gòu)和微動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論和應(yīng)用，3、機(jī)構(gòu)設(shè)置修訂過程的修訂機(jī)輔助設(shè)置修訂(智能化)四、機(jī)械發(fā)展史介紹、技術(shù)萌芽簡單機(jī)械、四、機(jī)械發(fā)展史介紹、四、機(jī)械發(fā)展史介紹、四、機(jī)械發(fā)展史介紹、四、機(jī)械發(fā)展史介紹、機(jī)械發(fā)展史介紹、四、機(jī)械發(fā)展史介紹參考書目：1 .鄒慧君1993 3 .黃真等.高等空間機(jī)構(gòu)學(xué).高等教育出版社，2003 .黃真.殘奧機(jī)器

6、人機(jī)構(gòu)學(xué)理論與控制.機(jī)械工業(yè)出版社，1997 5 .張策.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)置修訂.機(jī)械工業(yè)出版社，2011 .鄒慧君，第1節(jié)概要，平面連桿機(jī)構(gòu)與空間連桿機(jī)構(gòu)，二給出機(jī)構(gòu)的總數(shù)，即自由度f，并獲得機(jī)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)目n和運(yùn)動(dòng)子數(shù)目p。 機(jī)構(gòu)的模型賦予自由度f、構(gòu)件數(shù)n、運(yùn)動(dòng)子p，求出機(jī)構(gòu)的“模型”。 三、機(jī)構(gòu)構(gòu)成、一、構(gòu)件、構(gòu)件是確定運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立單元。 一個(gè)組件是一個(gè)零件或多個(gè)零件的組件。 構(gòu)件一般具有剛性。 部件具體也可以分為齒條、原動(dòng)部件、從動(dòng)部件。 機(jī)構(gòu)由部件、體育副組成，三、機(jī)構(gòu)的構(gòu)成，二、體育副、體育副是部件間的活動(dòng)連接。 運(yùn)動(dòng)副限制了部件之間的相對運(yùn)動(dòng)，留下了另一部分運(yùn)動(dòng)。單自由度運(yùn)動(dòng)副：旋

7、轉(zhuǎn)副r、移動(dòng)副p、螺旋副h、3、機(jī)構(gòu)組合、1、運(yùn)動(dòng)副、虎克鉸鏈u或t、3、機(jī)構(gòu)組合、3、運(yùn)動(dòng)鏈、兩個(gè)以上部件由運(yùn)動(dòng)副連接而形成運(yùn)動(dòng)鏈。 可以把某個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈看作復(fù)合運(yùn)動(dòng)子。 的雙曲馀弦值。 運(yùn)動(dòng)鏈分為開放鏈和閉合鏈，閉合鏈分為單鏈和多鏈。 將具有運(yùn)動(dòng)鏈的構(gòu)件固定為機(jī)構(gòu)、第二節(jié)機(jī)構(gòu)的自由度、構(gòu)件(物體)的自由度：描述該運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)(1物體自由度為6以下)。 機(jī)構(gòu)自由度：機(jī)構(gòu)中的每個(gè)元件都有一個(gè)運(yùn)動(dòng)，用于描述運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。 平面機(jī)構(gòu)的自由度、空間機(jī)構(gòu)的自由度、19世紀(jì)法國學(xué)者Kutzbach給出的自由度修正公式、1 .單鏈機(jī)構(gòu)的自由度修正運(yùn)算(串聯(lián)機(jī)構(gòu))、f機(jī)構(gòu)的自由度f i第I個(gè)運(yùn)動(dòng)副的

8、自由度n運(yùn)動(dòng)副數(shù)、末端部件自由度6、f可能大于6，一般2 .單鏈機(jī)構(gòu)、1. Kutzbonch準(zhǔn)則、公共約束數(shù)：機(jī)構(gòu)的所有元件都約束為相同的性質(zhì)和數(shù)量。2 .框架切割法，2 .單鏈機(jī)構(gòu)的自由度修正計(jì)算，約束條件數(shù)，且=6-m，平面=3，空間=6 m共同約束數(shù)(根據(jù)螺旋理論進(jìn)行修正)，平面m=3，空間m=0 fII第一個(gè)運(yùn)動(dòng)子的自由度l獨(dú)立環(huán)數(shù)，L=p-n 1，n是部件數(shù)j的約束條件數(shù)， 單閉環(huán)兩端為運(yùn)動(dòng)副的開環(huán)=多閉環(huán)、4 .并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度修正算式、1 .多閉環(huán)機(jī)構(gòu)的自由度修正算式、2 .中能夠修正的6-SPS(Steward )、三角形、3-RPS、5 .自由度修正算式需要注意的問題、1

9、.局部自由度：對機(jī)構(gòu)整體的運(yùn)動(dòng)起作用2、消極約束(虛約束):運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈的幾何位置滿足一定條件，約束不起作用。 3 .消極自由度：因結(jié)構(gòu)限制而不起作用的自由度。第三節(jié)機(jī)構(gòu)的數(shù)量綜合、機(jī)構(gòu)的數(shù)量綜合，即決定規(guī)定的自由度f、機(jī)構(gòu)部件的數(shù)量n和運(yùn)動(dòng)副數(shù)p、以及運(yùn)動(dòng)副的類型。 僅包括旋轉(zhuǎn)副的平面連桿機(jī)構(gòu)具有n個(gè)部件、p個(gè)運(yùn)動(dòng)副。 在這n個(gè)部件上，2個(gè)桿，3個(gè)桿，即1 .合起平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)量，表示I子桿的數(shù)量，1 .合起平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)量，因此，n和f為1)n為偶數(shù)，f為奇數(shù)，2)n為奇數(shù)，1 .平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)量2 .空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)量綜合，1 .空間單鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)量綜合，所有部件均為二副桿，pi指

10、I類副的個(gè)數(shù)，類副的個(gè)數(shù)，2 .空間多鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)量綜合，類副的個(gè)數(shù)，該式表示空間多鏈機(jī)構(gòu)中包含3個(gè)以上運(yùn)動(dòng)副的部件與獨(dú)立環(huán)數(shù)的關(guān)系，2 .空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)量綜合，等式空間開鎖機(jī)構(gòu)中的末端部件及其多少機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈能夠確定具體的機(jī)構(gòu)，第三章平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，1 .研究內(nèi)容，除了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的原因，不考慮力和力矩，簡單研究機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。具體而言，對各組件或組件上的點(diǎn)的位置、速度、加速度的關(guān)系、二.運(yùn)動(dòng)學(xué)解析方法、解法(幾何方法)解析法(代數(shù)方法):閉矢量法、復(fù)矢量法、直角坐標(biāo)法、代數(shù)矩陣法模擬解析法、第一節(jié)的概要、第三節(jié)2 )運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式進(jìn)行求解， 第二節(jié)平面連桿的運(yùn)動(dòng)解析(閉合矢量法)

11、、1 .平面四軸機(jī)構(gòu)、1 .位置解析、2 )制作矢量方程式、1 )制作坐標(biāo)系、3 )制作成分形式、4 )求解(雙解)、3 )成分形式、4 )求解、4 .曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、5.5鎖第三節(jié)平面連桿的運(yùn)動(dòng)解析(復(fù)向量法)、1 .復(fù)向量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、1 .向量的復(fù)表現(xiàn)法對原來的向量乘以一個(gè)單位向量，a向量反時(shí)針修正旋轉(zhuǎn)，一.復(fù)向量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、3 .復(fù)向量的導(dǎo)數(shù)、和加速度可以通過求導(dǎo)獲得，可以描述為(p點(diǎn)的相對速度)、(2)讀取塊的切線速度、大小、方向(p點(diǎn)的聯(lián)合速度)、一次微分：一次復(fù)向量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、p點(diǎn)的速度、加速度可以通過求導(dǎo)獲得沿導(dǎo)塊滑塊的折動(dòng)加速度、大小、方向(p點(diǎn)的相對加速度)、二次導(dǎo)數(shù)：(

12、4)科里奧利加速度、大小、方向(由耦合引起的加速度)、(5)切線加速度、大小、方向、(6)向心加速度、大小、方向？ 1 .復(fù)向量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，4 .復(fù)向量的消元，設(shè)有向量方程式，在給出的情況下，以求、求、消、上式乘法、方程式兩端的實(shí)部相等地消除的上節(jié)的部分機(jī)構(gòu)為例，用復(fù)向量法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)解析與平面連桿機(jī)構(gòu)相比，空間機(jī)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型復(fù)雜，求解也復(fù)雜。 一般采用分析法(矢量和矩陣)進(jìn)行建模。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項(xiàng)。 在第一個(gè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，可以將空間剛性組件的運(yùn)動(dòng)(總位移)視為圍繞組件參考點(diǎn)的平移(線位移)旋轉(zhuǎn)(角位移)。 (1)部件的平行線位移、(2)部件的旋轉(zhuǎn)角位移、(

13、1)圍繞直角坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)變換矩陣、(2)任意旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣、(3)用歐拉角記述的旋轉(zhuǎn)變換矩陣、(1)位置姿勢記述、(1)位置記述、a b系的3個(gè)單位主向量(即坐標(biāo)軸)相對于a系的方向侑弦旋轉(zhuǎn)變換矩陣是單位正交矩陣，1 .位置和姿勢描述，3 .空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析(概要)，2 .坐標(biāo)變換，1 .平移變換，2 .坐標(biāo)變換，4 .一次坐標(biāo)變換，3 .歐拉角和RPY表示運(yùn)動(dòng)姿勢，1 .歐拉角(旋轉(zhuǎn)序列)表示運(yùn)動(dòng)姿勢所以，2) z-y-x歐拉角、機(jī)構(gòu)的部件(系統(tǒng))的運(yùn)動(dòng)姿勢可以視為圍繞坐標(biāo)系x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)序列，將該序列稱為歐拉角。3 .用歐拉角和RPY記述運(yùn)動(dòng)姿勢，2 .用RPY記述姿勢(航海)，用R-roll滾動(dòng)P-pitch間距Y-yaw偏轉(zhuǎn)，先繞殘奧儀表系統(tǒng)的x軸旋轉(zhuǎn)。 再繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度最后新的z軸旋轉(zhuǎn)角。 第2節(jié)空間鏈展開機(jī)構(gòu)(串聯(lián)機(jī)構(gòu))的位置解析、1 .位置方程式、1 .坐標(biāo)系制作、參照系0、各桿的坐標(biāo)系1、2、2、鏈路變換矩陣(一次變換)、A11比0系的一次變換矩陣、A66比5系位置方程式、3、各部件的姿勢記述、3比0、6比0、2 .鏈路變換矩陣、Ai的第I個(gè)桿對i-1桿的一次變換矩陣、1 .桿殘奧儀表的D-H表現(xiàn)(D-H殘奧儀表)、2 .桿變換矩陣、Denavit-Hartenberg、空間開鏈機(jī)構(gòu)一般是r子、p子的末端部件相對于框架(參考坐標(biāo)系)的姿勢