基于约束法线的机构自由度计算与应用

本书专注于解决机构设计中自由度分析的难题,特别是针对虚约束对自由度计算的影响进行了深入研究。首先介绍了虚约束形成的具体几何条件与一般规律,然后基于这些理论,提出了约束法线和约束法平面的概念,并建立了一套完整的机构自由度计算方法。通过刚体自由度、运动副约束和虚约束的分析,建立了机构自由度、各构件自由度总数量、各构件之间实际约束自由度的总数量三者之间的平衡方程,提出了一种新的基于约束法线的机构自由度计算方法。 本书理论充分,物理意义明确,并且提供了丰富的实例分析,包括典型平面机构、空间机构和耦合机构等,以验证新方法的准确性和通用性。特别是针对空间并联机构和多环路耦合机构,本书提出的自由度分析方法展现了直观、严谨和准确的特性。 本书适合机械工程、自动控制等领域的技术人员以及高校相关专业的师生阅读,为他们提供一套新的理论方法,用于更准确地分析机构自由度。

罗国军，山西工程科技职业大学，讲师，长期从事机械设计、机构、机器人等相关技术的科研与教学工作，具备深厚的理论功底和丰富的实践经验。在基于约束法线理论研究方面，建立了机构自由度、各构件自由度总数量以及实际约束自由度的平衡方程，为机构自由度的准确计算提供了新方法。这一成果不仅具有重要的理论价值，也为工程实践中的机构设计和优化提供了有力支持。承担相关课题5项，发表相关学术论文10余篇。

第1章 绪论　//001 1.1 机构自由度计算研究背景及其意义 001 1.2 机构自由度的研究现状 005 1.3 机构自由度计算中问题的剖析 014 1.4 本书的编写思路与内容技术路线 016 1.5 本章小结 018 第2章 判断刚体自由度的几何定理　//019 2.1 刚体的运动方式 019 2.2 定位法线与定位法面的定义 020 2.3 判断刚体自由度与性质的几何定理 021 2.4 判断刚体过约束的几何定理 025 2.5 本章小结 028 第3章 构件的自由度与过约束分析　//029 3.1 并联构件 029 3.2 机构中运动副与构件的排列序号 030 3.3 各类运动副的法线及其数量与分布 031 3.4 法线的分类及其传递规律 037 3.4.1 法线的类型及其表示方法 037 3.4.2 静法线与动法线的判断方法 038 3.5 并联构件自由度与过约束的判断 040 3.5.1 静法线对并联构件自由度与过约束的影响 040 3.5.2 动法线对并联构件自由度与过约束的影响 041 3.6 本章小结 049 第4章 机构自由度的分析与计算　//050 4.1 机构的自由度 050 4.2 机构的三种类型 051 4.3 虚约束的形成机理 051 4.3.1 虚约束的定义 051 4.3.2 构件形成虚约束的条件 052 4.3.3 机构中确定虚约束的方法步骤 057 4.4 基于约束法线的机构自由度通用公式的建立 058 4.4.1 建立机构自由度通用公式的基本思路 058 4.4.2 机构自由度通用公式的建立 059 4.4.3 机构自由度分析计算的步骤 059 4.5 本章小结 060 第5章 基于约束法线的平面机构自由度分析计算　//061 5.1 基于约束法线的平面机构自由度分析计算的步骤 061 5.2 虚约束判断与机构自由度的实例分析计算 062 5.2.1 存在虚约束的平面机构自由度实例分析 062 5.2.2 过约束构件速度不匹配或瞬时过约束平面机构计算实例 070 5.2.3 单自由度平面机构的自由度与计算分析实例 072 5.2.4 多自由度平面机构的计算实例 082 5.3 本章小结 085 第6章 基于约束法线的空间并联机构自由度分析计算　//086 6.1 基于约束法线的空间并联机构自由度分析计算的步骤 086 6.2 基于约束法线的空间并联机构自由度计算实例分析 087 6.2.1 3-SS并联机构自由度分析与计算 087 6.2.2 m-SS并联机构自由度分析与计算 088 6.2.3 Sarrus并联机构自由度分析与计算 090 6.2.4 3-PRS并联机构自由度分析与计算 091 6.2.5 单环斜推并联机构自由度分析与计算 092 6.2.6 双滑块4P机构自由度分析与计算 093 6.2.7 3分支S/PRS/PSS非对称并联机构自由度分析与计算 094 6.2.8 Davies并联机构自由度分析与计算 096 6.2.9 空间对称三分支并联机构自由度分析与计算 097 6.2.10 空间非对称四分支并联机构自由度分析与计算 100 6.3 典型的机构自由度计算方法分析对比 105 6.3.1 基于螺旋理论的空间3-RRC并联机构自由度分析计算 105 6.3.2 基于几何代数的空间3-RRC并联机构自由度分析计算 107 6.3.3 基于约束法线的空间3-RRC并联机构自由度分析计算 109 6.3.4 空间3-RRC并联机构自由度的模拟验证 111 6.3.5 空间3-RRC并联机构自由度分析计算的各方法优缺点 112 6.4 本章小结 113 第7章 基于约束法线空间耦合机构自由度分析计算　//114 7.1 基于约束法线空间耦合机构自由度分析计算的步骤 114 7.2 基于约束法线的对称型空间耦合机构自由度计算实例分析 115 7.2.1 确定耦合构件 116 7.2.2 耦合构件的自由度与过约束分析 116 7.2.3 耦合机构自由度计算 118 7.2.4 动平台自由度的模拟验证 118 7.3 基于约束法线的非对称空间耦合机构自由度计算实例分析 120 7.3.1 确定耦合构件 121 7.3.2 耦合构件的自由度与过约束分析 121 7.3.3 耦合机构自由度计算 125 7.3.4 动平台自由度的模拟验证 125 7.4 本章小结 128 参考文献　//129