基于平面运动链的类型综合及创新设计方法的研究

机构学研究的核心是进行机构创新设计。机构创新设计的实质是通过不同的类型综合和同构判别方法，产生不同的运动链，然后依托某种创新设计方法，构造出不同的具有优良品质和独特性能的结构类型。近年来，在运动链类型综合、同构判别以及创新设计方法上，已经取得了较大的成果。然而大多数方法的繁琐性、低效性和不实用等局限制约了机构创新设计的发展，因此，寻求简单、高效和实用的类型综合、同构判别和创新设计方法，成为了机构学研究的热点和难点。本文以平面多杆机构为研究对象，在平面运动链的类型综合、同构判别和机构创新设计的方法上开展了研究。主要研究内容和结果如下：归纳了众多平面运动链类型综合的一般步骤，在此基础上，通过将胚图支链法、胚图插点法和运动链基本链型构造法有机的组合（称为系统化类型综合），完整的综合出了8杆以下-1到7自由度的所有单铰运动链型，并对含复铰的运动链类型综合进行了演化创新。通过若干同构运动链的实例，对基于特征数组的同构判别方法进行了详细阐述和创新，使其不仅满足单铰运动链的同构判别，还适用于复铰运动链的同构判别，并编制了基于特征数组的同构运动链判别软件，实现了该方法的计算机化。利用机构创新设计中的机构再生运动链理论，对一种可变性沙发床机构，进行了创新设计，在此基础上，指出了该方法的一些局限性，加入了杆件重组、增减杆、拓扑特性评价和同性异形演化等步骤进行了补充和简化，从而丰富了再生运动链理论，使其更简单完善，最后应用一种玻璃模具的开合机构，对完善后的创新设计方法进行了实例的验证。通过对剑杆织机共轭凸轮引纬机构的分析，应用上述的机构创新设计方法进行了创新设计，提出了几套可行的方案，并对其中一个方案进行了运动学分析、建模和仿真，证实了该方法进行创新设计具有简单、高效的优势。