高等機(jī)構(gòu)學(xué)第一章到第五章

1、整理整理ppt第一章第一章 緒論緒論整理整理pptHexa Glide并聯(lián)機(jī)床并聯(lián)機(jī)床 自然機(jī)械和人造機(jī)械自然機(jī)械和人造機(jī)械整理整理ppt整理整理ppt整理整理ppt如何如何認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)和和設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)這些機(jī)械？這些機(jī)械？“上帝上帝”創(chuàng)造生創(chuàng)造生靈靈人類(lèi)創(chuàng)造機(jī)械人類(lèi)創(chuàng)造機(jī)械整理整理ppt機(jī)構(gòu)學(xué)n機(jī)構(gòu)學(xué)又稱(chēng)機(jī)構(gòu)和機(jī)器科學(xué)機(jī)構(gòu)學(xué)又稱(chēng)機(jī)構(gòu)和機(jī)器科學(xué)n機(jī)構(gòu)學(xué)就是要揭示自然和人造機(jī)械的組成機(jī)構(gòu)學(xué)就是要揭示自然和人造機(jī)械的組成原理原理n創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)n為現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服務(wù)。為現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服務(wù)。 第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)構(gòu)學(xué)的研究對(duì)象及機(jī)構(gòu)學(xué)的研究對(duì)象及 其研究的基本問(wèn)題其研究的基本問(wèn)題整理整理ppt一、機(jī)

2、械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中學(xué)科分類(lèi)一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中學(xué)科分類(lèi) 1. 1. 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 人們將頭腦中的構(gòu)人們將頭腦中的構(gòu)思轉(zhuǎn)化成實(shí)體形式或系統(tǒng)，思轉(zhuǎn)化成實(shí)體形式或系統(tǒng)，這一過(guò)程叫做設(shè)計(jì)。這一過(guò)程叫做設(shè)計(jì)。 目的性、系統(tǒng)性、目的性、系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、開(kāi)放性、創(chuàng)造性、開(kāi)放性、多樣性多樣性 整理整理pptn一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中學(xué)科分類(lèi)一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中學(xué)科分類(lèi) 2.2.機(jī)械工程學(xué)科分類(lèi)機(jī)械工程學(xué)科分類(lèi)1 1）機(jī)械學(xué)（設(shè)計(jì)階段：用于準(zhǔn)備信息）機(jī)械學(xué)（設(shè)計(jì)階段：用于準(zhǔn)備信息）機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、摩擦學(xué)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、摩擦學(xué)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、振動(dòng)學(xué)振動(dòng)學(xué) 。2 2）機(jī)械制造工程學(xué)（制造階段

3、：用于處理信息）機(jī)械制造工程學(xué)（制造階段：用于處理信息） 金屬工藝學(xué)金屬工藝學(xué) 、制造工藝學(xué)、制造工藝學(xué) 、機(jī)械加工設(shè)備、機(jī)械加工設(shè)備( (刀具、刀具、機(jī)床、夾具機(jī)床、夾具) ) 整理整理pptn二、機(jī)構(gòu)學(xué)研究對(duì)象二、機(jī)構(gòu)學(xué)研究對(duì)象 1. 1. 機(jī)構(gòu)的定義機(jī)構(gòu)的定義 狹義（狹義（ReulauxReulaux定義）：機(jī)構(gòu)是閉鏈定義）：機(jī)構(gòu)是閉鏈 ，不，不動(dòng)構(gòu)件為機(jī)架動(dòng)構(gòu)件為機(jī)架 ，可以，可以傳遞、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)傳遞、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng) 。 廣義：機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成而且能廣義：機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成而且能完成確定運(yùn)動(dòng)的完成確定運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)。 整理整理ppt一般來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)學(xué)研究對(duì)象為剛體構(gòu)件組成的

4、多體約束一般來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)學(xué)研究對(duì)象為剛體構(gòu)件組成的多體約束機(jī)械系統(tǒng)。（平面連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)。（平面連桿機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)）空間機(jī)構(gòu)）現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的研究對(duì)象不斷擴(kuò)展?，F(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的研究對(duì)象不斷擴(kuò)展。n2.2.研究對(duì)象研究對(duì)象整理整理pptn3.3.機(jī)構(gòu)學(xué)理論基礎(chǔ)和研究手段機(jī)構(gòu)學(xué)理論基礎(chǔ)和研究手段1 1） 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 數(shù)學(xué)和力學(xué)。數(shù)學(xué)和力學(xué)。2 2）研究手段）研究手段 計(jì)算機(jī)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)和仿真、計(jì)算機(jī)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)和仿真、MatlabMatlab、AdamsAdams整理整理pptn4.4.機(jī)構(gòu)學(xué)研究的目的機(jī)構(gòu)學(xué)研究的目的1) 1) 發(fā)明創(chuàng)造新機(jī)械發(fā)明創(chuàng)造新機(jī)械 （機(jī)構(gòu)型綜合）（機(jī)構(gòu)型綜合）2

5、)2)改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械（先分析后綜合）（先分析后綜合） 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新是機(jī)械機(jī)構(gòu)創(chuàng)新是機(jī)械創(chuàng)新的重要組成創(chuàng)新的重要組成部分部分整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容結(jié)構(gòu)學(xué)（分析和綜合）結(jié)構(gòu)學(xué)（分析和綜合）運(yùn)動(dòng)學(xué)（分析和綜合）運(yùn)動(dòng)學(xué)（分析和綜合）動(dòng)力學(xué)（分析和綜合）動(dòng)力學(xué)（分析和綜合） 整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.1.結(jié)構(gòu)學(xué)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)）結(jié)構(gòu)學(xué)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)學(xué)） 根據(jù)機(jī)構(gòu)所要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)傳遞或轉(zhuǎn)換要求確定根據(jù)機(jī)構(gòu)所要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)傳遞或轉(zhuǎn)換要求確定機(jī)構(gòu)類(lèi)型和組成原理，包括結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合。機(jī)構(gòu)類(lèi)型和組成原理，包括結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合。 1 1）結(jié)構(gòu)分析：

6、給定機(jī)構(gòu)，了）結(jié)構(gòu)分析：給定機(jī)構(gòu)，了解構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量，計(jì)解構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量，計(jì)算自由度，確定自由度類(lèi)型算自由度，確定自由度類(lèi)型（平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)）。（平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)）。 整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容2 2）結(jié)構(gòu)綜合：根據(jù)功能要求，確定機(jī)構(gòu)類(lèi)型，即確）結(jié)構(gòu)綜合：根據(jù)功能要求，確定機(jī)構(gòu)類(lèi)型，即確定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量及連接方式。其中結(jié)構(gòu)綜合定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)量及連接方式。其中結(jié)構(gòu)綜合又包括了數(shù)綜合和型綜合。又包括了數(shù)綜合和型綜合。n數(shù)綜合：給定自由度數(shù)綜合：給定自由度F F，確定構(gòu)件數(shù)，確定構(gòu)件數(shù)n n和運(yùn)動(dòng)副數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)P P。n型綜合：給定構(gòu)件數(shù)型綜合：給定構(gòu)件數(shù)n n和

7、運(yùn)動(dòng)副數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)P P，確定連接方式和結(jié)，確定連接方式和結(jié)構(gòu)類(lèi)型。構(gòu)類(lèi)型。整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容2.2.運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)1 1）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：研究給定機(jī)構(gòu)各構(gòu)件）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析：研究給定機(jī)構(gòu)各構(gòu)件（或各構(gòu)件上的點(diǎn)）之間位置、速度（或各構(gòu)件上的點(diǎn)）之間位置、速度和加速度的關(guān)系及其變化規(guī)律。和加速度的關(guān)系及其變化規(guī)律。2 2）運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合：根據(jù)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)）運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合：根據(jù)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律來(lái)確定機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)動(dòng)變化規(guī)律來(lái)確定機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)（運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)優(yōu)化）。（運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)優(yōu)化）。整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、機(jī)構(gòu)學(xué)的研究?jī)?nèi)容3.3.動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)1 1）動(dòng)力

8、學(xué)分析：研究給定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（位置、速度和）動(dòng)力學(xué)分析：研究給定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（位置、速度和加速度）與作用在各構(gòu)件上的力或力矩之間的關(guān)系。加速度）與作用在各構(gòu)件上的力或力矩之間的關(guān)系。 2 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)參）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)參數(shù)。數(shù)。4 4、機(jī)構(gòu)學(xué)研究的基本問(wèn)題、機(jī)構(gòu)學(xué)研究的基本問(wèn)題機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)綜合機(jī)構(gòu)綜合整理整理pptn四、機(jī)構(gòu)的分類(lèi)四、機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 1. 1. 按構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式按構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)整理整理pptn四、機(jī)構(gòu)的分類(lèi)四、機(jī)構(gòu)的分類(lèi)

9、 2. 2. 按構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)范圍按構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)范圍 分為平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)分為平面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)整理整理pptn四、機(jī)構(gòu)的分類(lèi)四、機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 3. 3. 按運(yùn)動(dòng)鏈形式按運(yùn)動(dòng)鏈形式 分為開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)、閉鏈機(jī)分為開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)、閉鏈機(jī)構(gòu)（單閉鏈和多閉鏈）構(gòu)（單閉鏈和多閉鏈）4. 4. 按機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈形式按機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈形式 分為串聯(lián)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、分為串聯(lián)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、混聯(lián)機(jī)構(gòu)（串并聯(lián)）混聯(lián)機(jī)構(gòu)（串并聯(lián)）整理整理ppt第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程的過(guò)程整理整理pptn一、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的層次一、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的層次1.1.基本原理基本原理 涉及機(jī)構(gòu)學(xué)研究的不同方面和層次的基本

10、原涉及機(jī)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)新理和方法的創(chuàng)新2.2.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.3.驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式4.4.運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)5.5.動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)6.6.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)整理整理ppt 二、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)（機(jī)電系統(tǒng)）設(shè)計(jì)過(guò)程二、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)（機(jī)電系統(tǒng)）設(shè)計(jì)過(guò)程三、機(jī)構(gòu)發(fā)展展望三、機(jī)構(gòu)發(fā)展展望1.1.機(jī)構(gòu)類(lèi)型的廣義化機(jī)構(gòu)類(lèi)型的廣義化2.2.機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論和方法的系統(tǒng)化、深入化機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論和方法的系統(tǒng)化、深入化4.4.微機(jī)構(gòu)和微動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論與應(yīng)用微機(jī)構(gòu)和微動(dòng)機(jī)構(gòu)的理論與應(yīng)用3.3.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（智能化）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（智能化）6.6.高速和高

11、精度機(jī)械（機(jī)構(gòu)）的研究高速和高精度機(jī)械（機(jī)構(gòu)）的研究5.5.仿生機(jī)構(gòu)的理論與應(yīng)用仿生機(jī)構(gòu)的理論與應(yīng)用7.7.傳統(tǒng)典型機(jī)構(gòu)研究的深入傳統(tǒng)典型機(jī)構(gòu)研究的深入整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介技術(shù)萌芽技術(shù)萌芽簡(jiǎn)單機(jī)械簡(jiǎn)單機(jī)械整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介整理整理pptn四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介四、機(jī)械發(fā)展史簡(jiǎn)介參考書(shū)目：參考書(shū)目：n1. 鄒慧君，高峰鄒慧君，高峰

12、. 現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)進(jìn)展現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)進(jìn)展. 高等教育出版社，高等教育出版社，2007n2. 熊有倫熊有倫. 機(jī)器人學(xué)機(jī)器人學(xué). 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，1993n3. 黃真等黃真等. 高等空間機(jī)構(gòu)學(xué)高等空間機(jī)構(gòu)學(xué). 高等教育出版社，高等教育出版社，2006n4. 黃真黃真. 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制. 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，1997n5. 張策張策. 機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，2011n6. 鄒慧君鄒慧君. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理. 科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2003整理整理ppt第二章第二章 連桿機(jī)構(gòu)

13、的結(jié)構(gòu)學(xué)連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)整理整理ppt 一、研究對(duì)象一、研究對(duì)象 具體地說(shuō)：研究機(jī)構(gòu)的組成原理，機(jī)構(gòu)的分類(lèi)，機(jī)構(gòu)的具體地說(shuō)：研究機(jī)構(gòu)的組成原理，機(jī)構(gòu)的分類(lèi)，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)情況以及機(jī)構(gòu)在什么樣的條件下才能有確定的運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)情況以及機(jī)構(gòu)在什么樣的條件下才能有確定的運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu) 二、研究問(wèn)題二、研究問(wèn)題 結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)綜合 自由度自由度F F的計(jì)算。的計(jì)算。 機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合，即給定自由度機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合，即給定自由度F F，求機(jī)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量，求機(jī)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量n n和運(yùn)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)動(dòng)副數(shù)p p。 機(jī)構(gòu)的型綜合，即給定自由度機(jī)構(gòu)的

14、型綜合，即給定自由度F F、構(gòu)件數(shù)、構(gòu)件數(shù)n n和運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)副p p，求出，求出機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)的“型型”。 整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)的組成三、機(jī)構(gòu)的組成1 1、構(gòu)件、構(gòu)件構(gòu)件是具有確定運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立單元。構(gòu)件是具有確定運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立單元。一個(gè)構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可以是一個(gè)構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可以是多個(gè)零件的組成。多個(gè)零件的組成。構(gòu)件是一般是剛性的。構(gòu)件是一般是剛性的。構(gòu)件還可具體分為：機(jī)架、原動(dòng)件和構(gòu)件還可具體分為：機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件。從動(dòng)件。 機(jī)構(gòu)由構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副組成機(jī)構(gòu)由構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副組成整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)的組成三、機(jī)構(gòu)的組成2 2、運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副是構(gòu)件間的活動(dòng)連接。運(yùn)動(dòng)副是構(gòu)件間的活

15、動(dòng)連接。運(yùn)動(dòng)副限制了構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而保留了另一部分運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副限制了構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而保留了另一部分運(yùn)動(dòng)。單自由度運(yùn)動(dòng)副：?jiǎn)巫杂啥冗\(yùn)動(dòng)副：回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副R R移動(dòng)副移動(dòng)副P(pán) P螺旋副螺旋副H H整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)的組成三、機(jī)構(gòu)的組成1 1、運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)副球面副球面副S S三自由度運(yùn)動(dòng)副：三自由度運(yùn)動(dòng)副：虎克鉸虎克鉸U U或或T T二自由度運(yùn)動(dòng)副：二自由度運(yùn)動(dòng)副：圓柱副圓柱副C C整理整理ppt整理整理ppt整理整理pptn三、機(jī)構(gòu)的組成三、機(jī)構(gòu)的組成3 3、運(yùn)動(dòng)鏈、運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件由運(yùn)動(dòng)副連接起來(lái)形成運(yùn)動(dòng)鏈。兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件由運(yùn)動(dòng)副連接起來(lái)形成運(yùn)動(dòng)鏈?？梢园涯承┻\(yùn)動(dòng)鏈看作是

16、復(fù)合運(yùn)動(dòng)副?？梢园涯承┻\(yùn)動(dòng)鏈看作是復(fù)合運(yùn)動(dòng)副。 。運(yùn)動(dòng)鏈可以分為開(kāi)式鏈和閉式鏈，其中閉式鏈又可分為單運(yùn)動(dòng)鏈可以分為開(kāi)式鏈和閉式鏈，其中閉式鏈又可分為單閉鏈和多閉鏈。閉鏈和多閉鏈。將運(yùn)動(dòng)鏈的某個(gè)構(gòu)件固定成為機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)鏈的某個(gè)構(gòu)件固定成為機(jī)構(gòu)整理整理ppt第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度 構(gòu)件（物體）的自由度：構(gòu)件（物體）的自由度： 描述其運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目（描述其運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目（1 1物體自由度不大于物體自由度不大于6 6）。 機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)的自由度： 機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件有確定運(yùn)動(dòng)，描述其運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件有確定運(yùn)動(dòng)，描述其運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目。標(biāo)數(shù)目。n平面機(jī)構(gòu)的自由度平面

17、機(jī)構(gòu)的自由度123(1)2Fnppn空間機(jī)構(gòu)的自由度空間機(jī)構(gòu)的自由度543212345) 1(6pppppnF1919世紀(jì)法國(guó)學(xué)者世紀(jì)法國(guó)學(xué)者KutzbachKutzbach給出的自由度計(jì)算公式給出的自由度計(jì)算公式整理整理ppt一一. .單開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算（串聯(lián)機(jī)構(gòu)）單開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算（串聯(lián)機(jī)構(gòu)）1niiFfnF機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度nf i 第第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自由度個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自由度nn運(yùn)動(dòng)副數(shù)運(yùn)動(dòng)副數(shù)末端構(gòu)件自由度末端構(gòu)件自由度6 6，而，而F F 可能大于可能大于6 6 ，一般，一般F F =,=,F F時(shí)時(shí) 該機(jī)構(gòu)具有冗余度自由度，可提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的靈巧性。該機(jī)構(gòu)具有冗余度自由度，

18、可提高機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的靈巧性。 整理整理ppt二二. .單閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算單閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 若存在虛約束或局部自由度，則若存在虛約束或局部自由度，則上式失效。上式失效。 123(1)2Fnpp516(1)(6)iiFni p1. Kutzbonch1. Kutzbonch準(zhǔn)則準(zhǔn)則整理整理ppt公共約束數(shù)：機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都受到相同性質(zhì)和數(shù)量的約束。公共約束數(shù)：機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都受到相同性質(zhì)和數(shù)量的約束。 2. 2. 斷開(kāi)機(jī)架法斷開(kāi)機(jī)架法0FF二二. .單閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算單閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 約束條件數(shù)，且約束條件數(shù)，且=6-m，平面，平面=3，空間，空間=6 m 公共約束數(shù)（由螺旋理論計(jì)

19、算），平面公共約束數(shù)（由螺旋理論計(jì)算），平面m=3，空間，空間m=0 整理整理ppt三三. .多閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算多閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 p 運(yùn)動(dòng)副數(shù)；運(yùn)動(dòng)副數(shù)；f i 第第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自由度數(shù)；個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自由度數(shù)； L 獨(dú)立環(huán)數(shù)，獨(dú)立環(huán)數(shù)，L=p-n+1，n是構(gòu)件數(shù)是構(gòu)件數(shù) j 約束條件數(shù)約束條件數(shù)單閉鏈單閉鏈+ +兩端為運(yùn)動(dòng)副的開(kāi)鏈兩端為運(yùn)動(dòng)副的開(kāi)鏈= =多閉鏈多閉鏈 11pLijijFf整理整理ppt四四. .并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 1.1.可以按多閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式可以按多閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式 2.2.動(dòng)平臺(tái)的自由度動(dòng)平臺(tái)的自由度等于等于6 6減去各支減去

20、各支鏈對(duì)它的約束鏈對(duì)它的約束數(shù)數(shù) ，如，如6-SPS6-SPS機(jī)機(jī)構(gòu)，構(gòu)，6-UPS6-UPS機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)，3-RPS3-RPS機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)，3-3-UUUU等等n6-SPS6-SPS（StewardSteward）nDELTADELTAn3-RPS3-RPS整理整理ppt五五. .自由度計(jì)算需要注意的問(wèn)題自由度計(jì)算需要注意的問(wèn)題 1.1.局部自由度：對(duì)于整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)作用的局部自由度：對(duì)于整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)作用的自由度。自由度。 2.2.消極約束（虛約束）：運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈消極約束（虛約束）：運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈的幾何位置滿(mǎn)足一定條件，使得約束的幾何位置滿(mǎn)足一定條件，使得約束不起作用。不起作用。 3.3.消

21、極自由度：由于結(jié)消極自由度：由于結(jié)構(gòu)限制而不起作用的構(gòu)限制而不起作用的自由度。自由度。 整理整理ppt第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 123(1)2Fnpp516(1)(6)iiFni p11pLijijFf 機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合，即給定自由度機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合，即給定自由度F F，確定機(jī)構(gòu)構(gòu)件，確定機(jī)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量的數(shù)量n n 和運(yùn)動(dòng)副數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)p p，及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型。及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型。整理整理ppt2342.iinnnnn 任何僅含有任何僅含有回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副的平面連桿機(jī)構(gòu)具有的平面連桿機(jī)構(gòu)具有n n個(gè)構(gòu)件，個(gè)構(gòu)件，p p個(gè)運(yùn)動(dòng)個(gè)運(yùn)動(dòng)副。這副。這n n個(gè)構(gòu)件中可能含有二副桿、三幅桿，即個(gè)構(gòu)件中可能含有

22、二副桿、三幅桿，即一一. .平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 in表示表示i i副桿的數(shù)量副桿的數(shù)量23422234iipnnnin 3(1)2Fnp31(3)22pnF整理整理ppt一一. .平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 31(3)22pnF因此因此n n和和F F滿(mǎn)足如下關(guān)系：滿(mǎn)足如下關(guān)系：1 1）若）若n n為偶數(shù)，則為偶數(shù)，則F F必為奇數(shù)必為奇數(shù)2 2）若）若n n為奇數(shù)，則為奇數(shù)，則F F必為偶數(shù)必為偶數(shù)p p、n n和和F F關(guān)系式?jīng)]有反應(yīng)構(gòu)件的類(lèi)型，即關(guān)系式?jīng)]有反應(yīng)構(gòu)件的類(lèi)型，即n ni i，i i副桿的數(shù)量副桿的數(shù)量整理整理ppt一一. .平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)

23、綜合平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 2233iiiiFnin 由式得結(jié)論：由式得結(jié)論：F F與三副桿數(shù)量與三副桿數(shù)量n n3 3無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)234234243(.)3(234.)3(3)jjnnnnnnnjn 3(1)2Fnp整理整理ppt一一. .平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 整理整理ppt一一. .平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合平面連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 整理整理ppt二二. .空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 1. 1. 空間單閉鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間單閉鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合所有的構(gòu)件都是二副桿所有的構(gòu)件都是二副桿 516iiFippi指指i類(lèi)副的個(gè)數(shù)類(lèi)副的個(gè)數(shù) 類(lèi)副的個(gè)數(shù) 12345pppppp1F 時(shí)1

24、234523457ppppp3n 要形成單閉鏈，滿(mǎn)足123453npppppp整理整理ppt二二. .空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 2. 2. 空間多閉鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間多閉鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合i類(lèi)副的個(gè)數(shù) 11LLpnnp 且有23,.in nn不同運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件數(shù)為max232.iiinnnnmax2maxmax22max22(1)2222(1)(2)iiiiiiiiiiiiLninLninLinmax1iL可以證明max22iiipin整理整理ppt二二. .空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 2. 2. 空間多閉鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間多閉鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合i類(lèi)副的個(gè)數(shù) max22(1

25、)(2)iiiLin 該式描述了空間多閉鏈機(jī)構(gòu)中含該式描述了空間多閉鏈機(jī)構(gòu)中含3 3個(gè)以上運(yùn)動(dòng)副的個(gè)以上運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件與獨(dú)立環(huán)數(shù)的關(guān)系構(gòu)件與獨(dú)立環(huán)數(shù)的關(guān)系整理整理ppt二二. .空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合 3. 3. 空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的數(shù)綜合i類(lèi)副的個(gè)數(shù) 121npnnn且有511piiijFfip自由度數(shù)空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)中，末端構(gòu)件與機(jī)架不連接，含空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)中，末端構(gòu)件與機(jī)架不連接，含2 2個(gè)單副桿個(gè)單副桿12n 6F 若123452123452345612pppppnpnnpppppp整理整理pptn第四節(jié)、機(jī)構(gòu)的型綜合第四節(jié)、機(jī)構(gòu)的型綜合 型綜合在數(shù)綜合后，即通

26、過(guò)數(shù)綜合確定了自由度型綜合在數(shù)綜合后，即通過(guò)數(shù)綜合確定了自由度F F，構(gòu)件數(shù)，構(gòu)件數(shù)n n 和運(yùn)動(dòng)副數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)p p后，確定機(jī)構(gòu)的具體類(lèi)型。后，確定機(jī)構(gòu)的具體類(lèi)型。n它們能確定多少個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈它們能確定多少個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈n確定具體機(jī)構(gòu)確定具體機(jī)構(gòu)整理整理ppt第三章第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析整理整理ppt一一. . 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 撇開(kāi)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的原因撇開(kāi)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的原因不考慮作用力和力矩，單不考慮作用力和力矩，單純研究機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。具體的說(shuō)，就是研究各純研究機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。具體的說(shuō)，就是研究各構(gòu)件或構(gòu)件上的點(diǎn)的位置，速度，構(gòu)件或構(gòu)件上的點(diǎn)的位置，

27、速度， 加速度的關(guān)系加速度的關(guān)系二二. . 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法n圖解法（幾何方法）圖解法（幾何方法）n解析法解析法 ( (代數(shù)方法代數(shù)方法) )：封閉矢：封閉矢量法，復(fù)數(shù)矢量法，直角坐標(biāo)量法，復(fù)數(shù)矢量法，直角坐標(biāo)法，代數(shù)矩陣法法，代數(shù)矩陣法n仿真分析法仿真分析法第一節(jié)第一節(jié) 概述概述整理整理ppt三三. . 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的過(guò)程（解析法）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的過(guò)程（解析法）1）建立運(yùn)動(dòng)約束方程：位置方程，速度方程和加速度方程）建立運(yùn)動(dòng)約束方程：位置方程，速度方程和加速度方程 2）運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解）運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解 精確解（封閉解）數(shù)值解整理整理ppt第二節(jié)第二節(jié) 平面連桿的運(yùn)動(dòng)分析平面連桿的運(yùn)動(dòng)分析（

28、 封閉矢量法）封閉矢量法）一一. 平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)312y1l2l3l2l0lx1.位置分析位置分析2）建立矢量方程）建立矢量方程ABBCADDC 1）建立坐標(biāo)系）建立坐標(biāo)系3）分量形式）分量形式1122033112233coscoscos0cossinsinsinlllllll4）求解（雙解）求解（雙解）獨(dú)立變量，相關(guān)變量獨(dú)立變量，相關(guān)變量整理整理ppt（2） 速度分析速度分析 111222333111222333sinsinsincoscoscosllllll 223321111132233sinsinsincoscoscosllllll（3） 加速度分析加速度分析 整理整理ppt

29、二二. 牛頭刨機(jī)構(gòu)牛頭刨機(jī)構(gòu)1. 位置分析位置分析2）建立矢量方程）建立矢量方程1）建立坐標(biāo)系）建立坐標(biāo)系3）分量形式）分量形式4）求解）求解HECHDECDCBABCA310310sinsin90sincoscos90cosCBCBllllll0sin90sinsinsin0cos90coscoscos5443354433EEslllslll整理整理ppt四四. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)五五. 五桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)整理整理ppt第三節(jié)第三節(jié) 平面連桿的運(yùn)動(dòng)分析平面連桿的運(yùn)動(dòng)分析（復(fù)數(shù)矢量法）（復(fù)數(shù)矢量法）一一. 復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1. 矢量的復(fù)數(shù)表示法矢量的復(fù)數(shù)表示法矢量的

30、回轉(zhuǎn)、求導(dǎo)和消元非常方便矢量的回轉(zhuǎn)、求導(dǎo)和消元非常方便cossinjej單位矢量單位矢量cossinjxyaeajaajaajaea矢量的模矢量的模方向角方向角矢量的矢量的實(shí)軸投實(shí)軸投影影矢量的矢量的虛軸投虛軸投影影IRe整理整理ppt一一. 復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2. 矢量的回轉(zhuǎn)矢量的回轉(zhuǎn)jaea復(fù)數(shù)矢量轉(zhuǎn)一角度，相對(duì)于復(fù)數(shù)矢量轉(zhuǎn)一角度，相對(duì)于原矢量乘以一個(gè)單位矢量原矢量乘以一個(gè)單位矢量IRea矢量逆時(shí)針回轉(zhuǎn)矢量逆時(shí)針回轉(zhuǎn)()iiijjjjiaeaeee aa(90 )jaeja(180 )jae ai()ijiae a整理整理ppt一一. 復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)復(fù)數(shù)矢量法的

31、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)3. 復(fù)數(shù)矢量的導(dǎo)數(shù)復(fù)數(shù)矢量的導(dǎo)數(shù)IReP點(diǎn)的位置可以描述為點(diǎn)的位置可以描述為jr e rPP點(diǎn)的速度點(diǎn)的速度 、加速度、加速度 通過(guò)求導(dǎo)得到通過(guò)求導(dǎo)得到 r r()jdr edtr 1 2（1）導(dǎo)塊沿滑桿的滑動(dòng)速度，大小，方向？（）導(dǎo)塊沿滑桿的滑動(dòng)速度，大小，方向？（P點(diǎn)的相對(duì)速度）點(diǎn)的相對(duì)速度）（2）導(dǎo)塊的切向速度，大小，方向？（）導(dǎo)塊的切向速度，大小，方向？（P點(diǎn)的牽連速度）點(diǎn)的牽連速度）一階導(dǎo)數(shù)：一階導(dǎo)數(shù)：jjr erje整理整理ppt一一. 復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)IRePP點(diǎn)的速度點(diǎn)的速度 、加速度、加速度 通過(guò)求導(dǎo)得到通過(guò)求導(dǎo)得到 r r()jjdrer

32、jedtr 3 4（3）導(dǎo)塊沿滑桿的滑動(dòng)加速度，大小，方向？（）導(dǎo)塊沿滑桿的滑動(dòng)加速度，大小，方向？（P點(diǎn)的相對(duì)加速度）點(diǎn)的相對(duì)加速度）二階導(dǎo)數(shù)：二階導(dǎo)數(shù)：22jjjjrer jerjere 6（4）科氏加速度，大小，方向？（耦合引起的加速度）科氏加速度，大小，方向？（耦合引起的加速度）（5）切向加速度，大小，方向？）切向加速度，大小，方向？（6）向心加速度，大小，方向？）向心加速度，大小，方向？ 5整理整理ppt一一. 復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)復(fù)數(shù)矢量法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)4. 復(fù)數(shù)矢量的消元復(fù)數(shù)矢量的消元設(shè)有矢量方程設(shè)有矢量方程3121 12233jjjljeljelje已知已知 ，若給定，若給定 ，求

33、，求,iil123, 為求為求 ，可消，可消23上式乘上式乘2je3212()()1 12233jjljeljlje讓方程兩端實(shí)部相等消去讓方程兩端實(shí)部相等消去211231332sin()sin()ll整理整理ppt以上節(jié)的部分機(jī)構(gòu)為例，用復(fù)數(shù)矢量法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以上節(jié)的部分機(jī)構(gòu)為例，用復(fù)數(shù)矢量法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析二二. 平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)312y1l2l3l2l0lx1.位置分析位置分析2）建立矢量方程）建立矢量方程ABBCADDC 1）建立坐標(biāo)系）建立坐標(biāo)系復(fù)數(shù)矢量形式復(fù)數(shù)矢量形式31201203jjjjl el el el e3）消元求解）消元求解獨(dú)立變量，相關(guān)變量？獨(dú)立變量，相關(guān)變量

34、？2.速度、加速度分析速度、加速度分析整理整理ppt第四章第四章 空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析整理整理ppt 與平面連桿機(jī)構(gòu)相比，空間機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，能與平面連桿機(jī)構(gòu)相比，空間機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型復(fù)雜，求解也復(fù)夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型復(fù)雜，求解也復(fù)雜。一般采用解析法（向量或矩陣）建模。雜。一般采用解析法（向量或矩陣）建模。 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)空間剛體構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)（總位移）可看作：空間剛體構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)（總位移）可看作：構(gòu)件某參考點(diǎn)構(gòu)件某參考點(diǎn)的平動(dòng)（線(xiàn)位移）的平動(dòng)（線(xiàn)位移）+ +繞該參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)（角位移）繞該參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)（角位移）。（1

35、1） 構(gòu)件的平動(dòng)線(xiàn)位移構(gòu)件的平動(dòng)線(xiàn)位移（2 2） 構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移 1 1）繞直角坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣）繞直角坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣 2 2）繞任意旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣）繞任意旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣 3 3）用歐拉角描述的旋轉(zhuǎn)變換矩陣）用歐拉角描述的旋轉(zhuǎn)變換矩陣xyz整理整理ppt一一. . 位置和姿態(tài)描述位置和姿態(tài)描述1. 1. 位置描述位置描述AA 參考坐標(biāo)系參考坐標(biāo)系BB 動(dòng)坐標(biāo)系坐標(biāo)系動(dòng)坐標(biāo)系坐標(biāo)系xAyzpppp 用用3X13X1的位置矢量描述的位置矢量描述剛體位置剛體位置整理整理ppt2. 2. 姿態(tài)描述姿態(tài)描述111213212223313233AAAABBBBrrryz

36、rrrrrrRx 用用BB系的三個(gè)單位主矢量系的三個(gè)單位主矢量（即坐標(biāo)軸）相對(duì)于（即坐標(biāo)軸）相對(duì)于AA系的方系的方向余弦組成的向余弦組成的3X33X3矩陣表示矩陣表示旋轉(zhuǎn)變換矩陣，為單位正交矩陣旋轉(zhuǎn)變換矩陣，為單位正交矩陣一一. . 位置和姿態(tài)描述位置和姿態(tài)描述整理整理ppt三、空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（簡(jiǎn)介）三、空間連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（簡(jiǎn)介） cossin0( , )sincos0001Rot z100( , )0cossin0sincosRot xcos0sin( , )010sin0cosRot y整理整理ppt二二. . 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換ABABPPPAABBPR PAABABBPR

37、 PP1.1.平移變換平移變換2. 2. 旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換3.3.平移平移+ +旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換空間任一點(diǎn)在不同坐標(biāo)系的描述是不同的。空間任一點(diǎn)在不同坐標(biāo)系的描述是不同的。整理整理ppt二二. . 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換ABABPPP4.4.齊次坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)變換1 0 00 1 00 0 10 0 01AABB PT00 0 0 1AABB RT110001AAABBB RPPPAABBPR PAABABBPR PP整理整理ppt三三. .歐拉角和歐拉角和RPYRPY描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài) 1. 1. 歐拉角（旋轉(zhuǎn)序列）表示運(yùn)動(dòng)姿態(tài)歐拉角（旋轉(zhuǎn)序列）表示運(yùn)動(dòng)姿態(tài)1 1） z-y-zz-y-z歐

38、拉角歐拉角 A BABR對(duì)對(duì) 的的 可以看成可以看成 經(jīng)過(guò)若干次變換得到經(jīng)過(guò)若干次變換得到 B 用繞動(dòng)系的用繞動(dòng)系的z z軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 角、再繞新角、再繞新y y軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 角、最后繞角、最后繞新新z z軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 角，描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。角，描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。 2 2） z-y-xz-y-x歐拉角歐拉角 ( , ,)( , )( , )( ,)ABEulerRot zRot yRot z R 機(jī)構(gòu)的構(gòu)件（機(jī)構(gòu)的構(gòu)件（ 系）的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)可以看成是繞動(dòng)坐系）的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)可以看成是繞動(dòng)坐標(biāo)系標(biāo)系x x，y y，z z軸的旋轉(zhuǎn)序列來(lái)規(guī)定的，這種序列叫歐拉角。軸的旋轉(zhuǎn)序列來(lái)規(guī)定的，這種序列叫歐拉角。 B整理整理ppt三三.

39、 .歐拉角和歐拉角和RPYRPY描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)描述運(yùn)動(dòng)姿態(tài) 2. 2. 用用RPYRPY描述姿態(tài)（航海）描述姿態(tài)（航海）nR-roll R-roll 橫滾橫滾nP-pitch P-pitch 俯仰俯仰nY-yaw Y-yaw 偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)( , )( , )( ,)( ,)RPYRot zRot yRot x 先繞參系的先繞參系的x x軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 角；角；再繞再繞y y軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 角；角；最后新最后新z z軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 角。角。 整理整理ppt第二節(jié)第二節(jié) 空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)（串聯(lián)機(jī)構(gòu)）空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)（串聯(lián)機(jī)構(gòu)） 位置分析位置分析 一一. . 位置方程位置方程1、建立坐標(biāo)系、建立坐標(biāo)系參考系0，各桿的坐標(biāo)系1，2

40、2、連桿變換矩陣（齊次變換）、連桿變換矩陣（齊次變換） A11對(duì)0系的齊次變換矩陣 A66對(duì)5系的齊次變換矩陣 A22對(duì)1系的齊次變換矩陣 整理整理ppt第二節(jié)第二節(jié) 空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)（串聯(lián)機(jī)構(gòu)）空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)（串聯(lián)機(jī)構(gòu)） 位置分析位置分析 一一. . 位置方程位置方程2對(duì)0位置方程位置方程 3、各構(gòu)件的位姿描述、各構(gòu)件的位姿描述212TAA 3對(duì)06對(duì)06126TAAA3123TAAA整理整理ppt二二. .連桿變換矩陣連桿變換矩陣 把相鄰連桿之間的坐標(biāo)變換關(guān)系稱(chēng)為連桿變換矩陣，用A表示。 Ai第i個(gè)桿對(duì)i-1桿的齊次變換矩陣 整理整理ppt1.1.連桿參數(shù)的連桿參數(shù)的D-HD-H表示法（表示法（

41、D-HD-H參數(shù)）參數(shù)） 二二. .連桿變換矩陣連桿變換矩陣Denavit-HartenbergDenavit-Hartenberg 空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)一般為空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)一般為R R副、副、P P副，其他副可看成它們的組合副，其他副可看成它們的組合 1 1）建立坐標(biāo)系）建立坐標(biāo)系2 2）連桿四參數(shù)）連桿四參數(shù)整理整理ppt2.2.連桿變換矩陣連桿變換矩陣cossin00sincos00ot( ,)00100001iiiiiRz10000cossin0ot( ,)0sincos00001iiiiiRx10000100( ,)0010001iiTran z dd1000100( ,)00100001ii

42、aTran x acossincossinsincossincoscoscossinsin( ,)( ,)( ,)( ,)0sincos0001iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiaaRot zTrans z dTrans x aRot xdA整理整理ppt三三. .空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)位置方程求解空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)位置方程求解6126TAAA描述末端構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架（參考坐標(biāo)系）的位姿 6T位置正解和反解：位置正解和反解：iAi連桿變換矩陣 ，關(guān)節(jié)變量 或id(1)已知機(jī)構(gòu)的主動(dòng)關(guān)節(jié)的位置輸入量，求解末端構(gòu)件的位置輸出量（位姿）為位置正解；(2)已知機(jī)構(gòu)的末端構(gòu)件的位置輸出量，求解主動(dòng)關(guān)節(jié)的位置輸入

43、量為位置反解；(3)串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，反解困難。 整理整理ppt舉例整理整理ppt第三節(jié)第三節(jié) 空間閉鏈機(jī)構(gòu)（并聯(lián)機(jī)構(gòu)）位置分析空間閉鏈機(jī)構(gòu)（并聯(lián)機(jī)構(gòu)）位置分析一一. .位置方程位置方程Stewart機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(6-SPS機(jī)構(gòu)）機(jī)構(gòu)）1. 建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系Oxyz Ox y z(,)01TpppxxxyyyzzzxyznoanoanoaPRRPT2. 機(jī)構(gòu)位置輸機(jī)構(gòu)位置輸入量和輸出入量和輸出量量il整理整理pptStewart機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(6-SPS機(jī)構(gòu)）機(jī)構(gòu)）3. 建立矢量方程建立矢量方程iiiiOBBbOb iibb T iiilbB T一一. .位置方程位置方程iiiBlb iiilbB

44、整理整理ppt二二. .位置正解和反解位置正解和反解Stewart機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(6-SPS機(jī)構(gòu)）機(jī)構(gòu)）1. 反解：已知反解：已知T，求，求il100111ixxxxpixixiyyyypiyiyizzzzpizizlnoaxbBlnoaybBlnoazbBoiiilbB T2. 正解：正解：一般沒(méi)有解析一般沒(méi)有解析解，需要用數(shù)值解法解，需要用數(shù)值解法 整理整理ppt第四節(jié)第四節(jié) 空間機(jī)構(gòu)速度分析和雅克比矩陣空間機(jī)構(gòu)速度分析和雅克比矩陣設(shè)關(guān)節(jié)位置變量向量：設(shè)關(guān)節(jié)位置變量向量： 12(,.,)Tnq qqq6n 設(shè)末端位置向量：設(shè)末端位置向量： 12(,.,)Tnx xxX11212212121212

45、(,)0(,)0(,)0nnnnnnnf q qqx xxfq qqx xxfq qqx xx（位置，姿態(tài)）（位置，姿態(tài)）位置方程：位置方程： 整理整理ppt位置方程分別對(duì)求導(dǎo)得位置方程分別對(duì)求導(dǎo)得 ： 1111112112122222121121121121000nnnnnnnnnnnnnnnnnfffffqqqxxqqqxxfffffqqqxxqqqxxfffffqqqxxqqqxx第四節(jié)第四節(jié) 空間機(jī)構(gòu)速度分析和雅克比矩陣空間機(jī)構(gòu)速度分析和雅克比矩陣整理整理ppt矩陣形式矩陣形式 ： 111111111212221212nnnnnnnnnnnnffffffqxqqqxxxqxffffff

46、qxqqqxxxiXJ q第四節(jié)第四節(jié) 空間機(jī)構(gòu)速度分析和雅克比矩陣空間機(jī)構(gòu)速度分析和雅克比矩陣111111111212221212,nnnnnnnnnnnnffffffqxqqqxxxqxffffffqxqqqxxxAqBXAqBX1B Aqx整理整理ppt第五節(jié)第五節(jié) 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能和運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合性能和運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合一一. .工作空間工作空間 工作空間是機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件（或機(jī)械手）的參考點(diǎn)所能達(dá)工作空間是機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件（或機(jī)械手）的參考點(diǎn)所能達(dá)到的工作區(qū)域，它是衡量機(jī)構(gòu)性能的重要指標(biāo)；工作空間求到的工作區(qū)域，它是衡量機(jī)構(gòu)性能的重要指標(biāo)；工作空間求解依賴(lài)于位置解的結(jié)果（搜索法和仿真）。解依

47、賴(lài)于位置解的結(jié)果（搜索法和仿真）。1 1）可達(dá)工作空間：執(zhí)行構(gòu)件參考點(diǎn)可達(dá)位置點(diǎn)的集合）可達(dá)工作空間：執(zhí)行構(gòu)件參考點(diǎn)可達(dá)位置點(diǎn)的集合 工作空間的類(lèi)型：工作空間的類(lèi)型：2 2）靈巧工作空間：滿(mǎn)足給定位姿范圍時(shí)執(zhí)行構(gòu)件參考）靈巧工作空間：滿(mǎn)足給定位姿范圍時(shí)執(zhí)行構(gòu)件參考點(diǎn)可達(dá)位置點(diǎn)的集合點(diǎn)可達(dá)位置點(diǎn)的集合3 3）全工作空間：給定所有位姿時(shí)執(zhí)行構(gòu)件參考點(diǎn)可達(dá)）全工作空間：給定所有位姿時(shí)執(zhí)行構(gòu)件參考點(diǎn)可達(dá)位置點(diǎn)的集合位置點(diǎn)的集合整理整理ppt二二. . 奇異位形奇異位形 奇異位形是機(jī)構(gòu)的固有性質(zhì)，對(duì)機(jī)構(gòu)的操作性能有著重奇異位形是機(jī)構(gòu)的固有性質(zhì)，對(duì)機(jī)構(gòu)的操作性能有著重要的影響。對(duì)機(jī)構(gòu)在某些位形，雅克比矩陣出現(xiàn)奇異，要的影響。對(duì)機(jī)構(gòu)在某些位形，雅克比矩陣出現(xiàn)奇異， 此時(shí)機(jī)構(gòu)處此時(shí)機(jī)構(gòu)處于奇異位形，于奇異位形，機(jī)構(gòu)出現(xiàn)多機(jī)構(gòu)出現(xiàn)多余自由度或余自由度或被剛化被剛化XJq0J J 試舉例說(shuō)明（平試舉例說(shuō)明（平面和空間機(jī)構(gòu)的面和空間機(jī)構(gòu)的奇異位形）奇