变胞机构和柔性机构的应用及其特征

机械设计中的柔性结构与变形技术研究近年来，随着科技的发展，机械设计的领域也得到了革命性的突破。

其中，柔性结构和变形技术成为了研究热点。

柔性结构是指具有较大程度可变形的结构，可以适应各种复杂环境，而变形技术则是通过控制和操纵结构的变形，实现特定功能和目标。

一、柔性结构的概念和应用柔性结构是一种可以实现自由变形或在外力作用下进行相应变形的结构形式。

与传统刚性结构相比，柔性结构具有更高的设计自由度和适应性，能够在狭小空间内实现更为复杂的运动和力学功能。

因此，柔性结构被广泛应用于微型机器人、仿生学、智能材料和医疗器械等领域。

在微型机器人方面，柔性结构能够使机器人具备更好的机动性和适应性，从而实现更高效的移动和操作。

例如，柔性结构的腿部能够实现多自由度的运动，使机器人能够在狭小空间内灵活行动。

此外，柔性结构还可以应用于医疗器械，如柔性内窥镜和仿生手术机器人，能够有效减少手术创伤，提高手术精确度。

二、变形技术在机械设计中的应用变形技术是通过控制和操纵结构的变形，实现特定功能和目标。

它可以用于实现材料或结构的形状、尺寸和力学特性的灵活调整，从而适应不同的工作环境和使用需求。

目前，变形技术已经应用于机械设计的多个领域，如飞机机翼的变形、自适应机构和智能材料等。

在飞机机翼的变形方面，变形技术能够使机翼在不同飞行状态下实现形状和迎角的自适应调整。

这样，飞机在起飞、巡航和降落等不同阶段都能够保持最佳的飞行性能和稳定性。

此外，变形技术还可以应用于自适应机构，使机械系统能够在不同工作负载和环境条件下自动调整结构形态，以实现更高效和精确的工作。

三、柔性结构与变形技术的挑战与前景虽然柔性结构和变形技术在机械设计中具有巨大的应用潜力，但仍然面临着一些挑战。

首先，柔性结构的设计和制造技术还不够成熟，需要进一步研究和发展。

其次，柔性结构的可靠性和稳定性是重要问题，需要通过合理的控制和监测手段来解决。

此外，柔性结构和变形技术在实际应用中可能受到环境条件、材料限制和成本等因素的影响。

柔性机构及其应用研究进展柔性机构是近年来机器人学和机械工程领域的研究热点之一。

柔性机构具有出色的适应性、灵活性和安全性，在许多领域展现出广阔的应用前景。

本文将简要介绍柔性机构的核心主题和研究领域，回顾其发展历程，阐述应用场景及优势和挑战，探讨未来研究方向，并最后对柔性机构的重要性和必要性进行总结。

柔性机构是指具有在运动过程中产生形状改变或刚度变化的机构。

这类机构通常由弹性元件、致动器和传感器组成，具有主动变形和自适应环境变化的能力。

柔性机构的研究涉及多个学科领域，包括机械工程、材料科学、控制论和生物学等。

其主要应用领域包括机器人技术、生物医学工程、精密制造、仿生系统等。

柔性机构的思想可以追溯到古代的杠杆原理和弹性力学。

然而，直到20世纪70年代，随着计算机技术和控制理论的快速发展，柔性机构才开始在工程领域得到广泛应用。

其中具有代表性的研究成果包括：Kahn和Hodgeman于1977年提出的柔性腕机构，用于实现机器人手部的多功能抓取；Steger于1988年设计的基于形状记忆合金的柔性驱动器，以及Grimes和Swinburne于1991年提出的基于磁致伸缩材料的柔性致动器。

工业领域：柔性机构在工业领域的应用主要体现在机器人抓取、包装和装配过程中。

通过主动变形和自适应调整，柔性机构可以提高机器人的操作灵活性和抓取精度，降低对工件形状和尺寸的依赖。

医疗领域：在医疗领域，柔性机构被广泛应用于手术机器人、康复机器人和生物医学工程中。

例如，通过精确控制柔性机构的形状和运动，可以实现微创手术和高精度康复治疗。

军事领域：在军事领域，柔性机构的应用包括机器人侦察、侦查和排雷等任务中。

通过主动适应环境变化和克服复杂地形障碍，柔性机构可以提高机器人的生存能力和任务成功率。

建筑领域：在建筑领域，柔性机构被应用于桥梁、大坝和高层建筑的健康监测和振动控制中。

通过实时感知和调整结构形状，柔性机构可以有效降低结构振动和疲劳损伤。

柔性机构及其应用研究进展柔性机构是指能够在复杂环境中实现运动和变形的机构，具有结构简单、轻量化、柔顺性强等特点。

近年来，随着机器人技术的发展和应用需求的增加，对于柔性机构的研究也得到了广泛关注。

本文将从柔性机构的定义、分类以及应用领域等方面进行综述，以期全面了解柔性机构及其研究进展。

首先，柔性机构的定义可以从其名称中得出，它由柔性材料制成，具有一定的形变能力。

相对于传统的刚性机构，柔性机构在应对非结构化环境和复杂任务时具有更好的适应性和灵活性。

同时，柔性机构在能耗、重量和成本等方面也具有优势。

根据柔性机构的结构特点和应用需求，可以将其分为传统柔性机构、细微柔性机构和软体机器人三类。

传统柔性机构主要由弹簧、杆件和接头组成，通过调整杆件的长度和弹性特性实现变形。

常见的传统柔性机构包括箭头型弹性机械手和曲线传动杆件等。

这些机构广泛应用于航天器、机器人和工业自动化等领域。

细微柔性机构主要由微制造技术制成，具有尺寸小、精度高等特点。

这种机构常用于微操作、生物医学和微纳加工等领域。

例如，微型夹持器和微力传感器等。

软体机器人是一类柔性机构，其由柔性材料制成，可通过空气或液体等外界介质实现变形和运动。

软体机器人通常具有高度柔顺和变形能力，能够适应复杂环境并与人类进行互动。

它在医疗、教育和娱乐等领域具有广泛的应用前景。

柔性机构的研究进展主要集中在以下几个方面：第一，材料研究。

柔性机构的性能主要依赖于所采用的柔性材料。

因此，研究人员积极探索新型柔性材料，以提高柔性机构的变形能力和机械性能。

同时，针对特定应用需求，还开展了具有特殊功能的柔性材料的研究，如电致变形材料和自修复材料等。

第二，设计与仿真。

为了更好地设计柔性机构和预测其性能，研究人员将仿生学、优化算法和计算机辅助设计等方法应用于柔性机构的设计与仿真。

这些方法不仅能够提高柔性机构的设计效率，还能够优化柔性机构的性能。

第三，控制与感知。

柔性机构的控制和感知是实现其运动和变形的关键。

柔性构件的名词解释柔性构件是指一种具有柔软、可变形、可弯曲、可折叠的材料或组件，能够适应不同的形状需求和应变环境的构造件。

它们可以通过调整自身结构，实现更广泛的功能和应用。

柔性构件在不同领域中得到广泛应用，包括机器人技术、航空航天、医疗器械、电子设备和建筑结构等。

一、柔性构件的特点柔性构件的最显著特点是其可变形的性质。

与传统硬质材料相比，柔性构件能够以更大的自由度适应不同的变形需求。

这种可变形性不仅仅是简单的折叠或弯曲，还可以通过材料本身的改变实现更复杂的形状变化。

柔性构件的另一个特点是其轻型化和灵活性，使得它们能够适应不同环境的需求，并在各种场合中发挥作用。

二、柔性构件的应用领域1. 机器人技术柔性构件在机器人技术中扮演着重要的角色。

传统的机器人通常采用硬质材料构建，而柔性构件能够实现更自由的运动和更灵活的操作。

例如，柔性臂可以适应不同形状和大小的工作环境，使机器人在狭小空间或复杂环境中实现高精度的操作。

柔性手指也可以更好地模仿人类手指的灵巧性，实现更精细的操作。

2. 航空航天在航空航天领域，柔性构件被广泛用于飞机和航天器的设计和制造。

由于柔性构件的轻型化和可变形性，可以减少飞行器的整体重量，提高燃油效率。

另外，柔性构件还可以适应航空航天器在高速飞行和复杂环境中所引起的形变和应变，从而提高飞行安全性和性能。

3. 医疗器械柔性构件在医疗器械领域中的应用也越来越广泛。

柔性机器人手术系统具有较小的体积和灵活的结构，可以在手术中更精细地操作，并减少手术过程中的创伤和疼痛。

柔性传感器和监测器件可用于患者监测、病情诊断和治疗效果评估等方面。

4. 电子设备柔性构件在电子设备中的应用也日益重要。

可弯曲的电子屏幕和显示器使得设备能够适应不同的使用环境和需求，例如折叠手机和柔性电子阅读器。

柔性电池和柔性电路板则提供了更高的能源密度和更好的适应性，为电子产品的发展打开了新的可能性。

5. 建筑结构柔性构件也可以应用于建筑结构领域。

柔性机构控制技术研究一、引言柔性机构控制技术是现代制造工业中的核心技术之一，可以广泛应用于机械、电子、生物和医疗器械等领域。

其原理是使用柔性机构作为一种变形机构，控制变形产生的运动，可以替代传统机构中的刚性连接部件，具有结构简单、可靠性高、运动精度高等优点。

本文将从柔性机构的概念、结构及分类入手，讨论柔性机构控制技术的研究现状以及未来发展方向，旨在为柔性机构控制技术的研究和应用提供参考。

二、柔性机构的概念、结构及分类1、概念柔性机构是指由柔性材料（如弹性材料）构成的变形机构，可以根据不同的外力输入产生形变或运动。

与传统的刚性链接机构相比，柔性机构具有结构简单、可实现变形控制、低噪声、低能耗和低成本等优点，逐渐成为制造工业中的研究热点。

2、结构柔性机构由柔性杆、柔性膜、柔性板、柔性套等基本构件组成，这些构件受到外部力作用时会发生弯曲、拉伸、压缩等变形。

在柔性机构中，这些基本构件可以通过特定的拓扑关系组合在一起形成不同的机构结构，实现不同的任务。

3、分类根据柔性机构的不同形变特点，可以将其分为以下三类：（1）拉伸型柔性机构：在拉伸方向会发生明显的形变或运动，如柔性弯管、柔性卷绕展开机构等；（2）弯曲型柔性机构：在弯曲方向会发生明显的形变或运动，如柔性四杆机构、柔性扭转杆等；（3）膜状型柔性机构：由柔性薄膜构成的机构，可以在平面内实现角位移、平移运动或压缩变形，如柔性膜手术机器人、柔性膜致动器等。

三、柔性机构控制技术研究现状柔性机构控制技术的研究主要包括结构设计、变形控制方法和运动规划等方面。

近年来，国内外学者对柔性机构控制技术作了深入研究，取得了一系列重要成果。

1、结构设计在柔性机构中，结构设计是决定其性能的关键因素。

国内外学者提出了一系列柔性机构的设计方法，如优化设计、拓扑优化、材料选择等。

此外，生物学与仿生学的发展也对柔性机构结构的设计提供了新的思路与范例。

2、变形控制由于柔性机构具有高度的非线性和复杂性，在控制方面也存在一定难度，需要研究特定的控制方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。

柔性机构简介四川大学(成都　610065)　余　波　姚　进　薛　江摘要　“柔性机构”是一种通过弹性变形而产生大量机械运动的易弯曲机构,它适用于微观领域。

它无摩擦力,无后座冲力,且易于制造。

与刚性机构相比,优点相当明显,并且比那些依赖弯曲能力的机构(如单一支架、隔板)有更广泛的用途。

对一给定任务,柔性机构的配合是由机构的外型所决定的。

特别是拓朴结构、尺寸和形状提供了按规定方式变形所需的能力。

柔性机构的设计包括应用机构的拓朴结构、形状和尺寸。

迄今为止,还未有一种系统方法能综合分析这里所讲的柔性机构。

一些科学家尝试了各种手段来构造这种机构。

关键词　柔性机构;微电子机械系统;均分式弹力;全柔性机构;分布式柔性机构;部分柔性机构;拓朴结构 微电子机械系统(ME MS )的机械和电子组件是由单一的过程装配在一起的,但是,在这两种组件的设计和装配的自动化方面存在着不平衡现象。

总的来说,按照典型的“从功能到装配”的方式来自动化地设计微电子线路并不困难。

在此过程中,机械组件要达到相同的自动化程度则要困难得多。

为了完全自动化地设计和装配ME MS ,以获得较好的经济效益,因此像微电子线路那样对微型机械设计过程开发恰当结构就很有必要。

但传统的机械结构是由刚性绞链连接组成的,它不能满足这点及以下这些微观领域内的要求:①消除装配需要;②把全部机构限制在同一平面的一个或两个层内;③减轻摩擦的不利影响。

全柔性机构(一种能够全面弯曲的机械)能满足以上所有的要求,并且具有系统综合的潜能。

目前研究的焦点在于该机械的综合方面及寻找系统的研究方法。

当这种方法发展成熟时,我们能够根据所提供功能的详细叙述,完成具有足够信息的装配解决方案。

1　柔性微电子机械系统柔性机构根据外加载荷通过弹性变形提供动力,图1、图2就是一些柔性机构,均分式弹力是这些机构最显著的特征。

图1　柔性夹具图2　柔性弯曲机构与图1、图2所示的柔性机构相比,图3称作全柔性机构,它具有弹性接点。

第21卷第1期2007年1月山东理工大学学报(自然科学版)Journal of Shandong U niv ersit y of T echnolog y(Sci&T ech)V ol.21N o.1Jan.2007文章编号:1672-6197(2007)01-0001-04平面变胞机构及其结构分析郭宗和(山东理工大学机械工程学院,山东淄博255049)摘 要:首先定义了变胞机构和变胞运动副的概念,提出了5种类型的变胞运动副,并对它们的特性和原理进行了详细的研究;通过变胞机构中自由度变化分析,提出了变胞机构中变胞运动链的概念,研究了变胞机构的结构组成原理和变胞机构的结构分解步骤,为变胞机构构态变换和机构的综合打下了坚实的基础.关键词:变胞机构;变胞运动副;变胞运动链;结构分析中图分类号:TH112文献标识码:APlanar metamorphic mechanism and its structural analysisGUO Zong-he(School of M echanical Engineer ing,Shando ng U niver sity o f T echno log y,Zibo255049,China)Abstract:The metam orphic mechanism and metamo rphic kinematic pair w ere defined,and the character istic and principle of five m etamo rphic kinematic pairs w ere studied detailedly.By analy zing the chang es o f DOF of planar metamo rphic mechanism,the concept of meta-m orphic kinematic links is firstly pr esented and then the structure m akeup principle of meta-m orphic mechanism is revealed.T he study prov ides a solid foundation for the changes of config ur ation and structural synthesis of m etamor phic mechanism.Key words:m etamor phic mechanism;m etamo rphic kinematic pair;m etamo rphic kinematic link;structural analy sis变胞机构[1]的概念是由英国学者Dai和Rees Jones在1998年提出的.之后,国内外许多学者围绕变胞机构的基本概念[2-4]、构态变换[5]的矩阵演变、变胞机构的综合[6]以及变胞机构的应用[7]等方面进行了较多的研究.而有关变胞机构结构分析的研究没有检索到有关文献.由于变胞机构具有结构柔性化的特点,在航天机构领域、机器人领域、一般机械制造业和机构微小化研究等方面具有极广阔的应用前景.随着对变胞机构研究的深入,将会有更多的发现,也能揭示出一些新机器、新构形,并为发明新机械和改进现有机械的性能提供有效的理论和方法.1 变胞机构的基本概念1.1 变胞机构机构连续运动的过程中,其拓扑结构特征至收稿日期:2006-06-01基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2006F59,Y2006G17);山东教育厅项目(J05C14);山东理工大学科研基金(2004KJM05)作者简介:郭宗和(1961-),男,教授,博士.少发生2次及以上突变,且导致运动和动力特性发生巨变的机构称变胞机构.因此,变胞机构具有结构柔性化的特点,结构的柔性特征来源于以下几方面的技术进步:一是控制系统不再由纯机构这种机械方式实现,改由可编程控制器、计算机等现代电子技术来实现.计算机所具有的软件可调性为机器控制系统提供了结构柔性化的可能性.二是伺服驱动技术的进步为结构柔性化提供了一定的保障.当然变胞机构结构自身的发展也为结构柔性化提供了保证.变胞机构也可以简单理解为变拓扑结构特征的机构.机构的拓扑结构特征一般指机构的自由度数、基本回路数、运动链的耦合度、运动副类型、输入输出、高度可折叠可伸展及构件之间的连接关系等.1.2 变胞运动副在变胞机构运动过程中,如果某运动副的性质或所提供的约束数在一定条件下是变化的,该运动副称为变胞运动副.运动副的性质一般指运动副的约束数不变而形式或方向变化.在变胞机构中,每一个构件都以一定的方式与其它构件相互联接.运动副的功能是对它所连接的两构件的相对运动施加不同的约束.运动副按引入的约束数可分为Ⅰ,Ⅱ Ⅴ级副.这5类运动副称为定约束运动副.与定约束运动副相对应,还有另外一类运动副,它所提供的约束数在一定条件下是变化的.按照定义,变胞运动副有5类.1.2.1 变元素变胞运动副按照变胞运动副元素的接触部位不同、提供的约束不同的变胞运动副称为变元素变胞运动副.主要有:a)槽销变胞运动副.其性能为圆柱销在销槽中的位置不同,槽销副提供的约束数不同.当圆柱销处在销槽的两端时,槽销变胞运动副提供2个约束,此时槽销变胞运动副相当于转动副;当圆柱销处在槽两端点以外的任意位置时,槽销变胞运动副提供1个约束,槽销变胞运动副相当于高副,如图1所示.b)间隙变胞转动副.圆柱销的直径小于销孔的直径,销轴和销孔之间的间隙不是零件制造误差所产生的间隙,而是尺寸设计形成的间隙.其功能为圆柱销在销孔中的位置如果固定不变,则该副提供2个约束,相当于转动副;如果圆柱销在销孔中的位置不断变化,则该副提供1个约束,相当于高副,如图2所示.另外,在间隙变胞移动副、间隙变胞圆柱副等中,如果实际接触面之间的间隙很大,则这些运动副的自由度将有所增加,同时出现点、线接触的情况.图1 槽销变胞运动副图2 间隙变胞转动副1.2.2 组合变胞运动副图3所示为由3个构件组成的移动副和转动副组合.移动副和转动副组合提供4个约束,所以该副具有2个自由度相当于1个高副.当滑块3移动到直线槽的两端时,构件2,3形成一体,该副演化成转动副,提供2个约束,运动副具有1个自由度.显然,移动副和转动副组合与槽销副的功能相同.图3 组合变胞运动副1.2.3 附加约束变胞运动副图4(a)所示为附加约束变胞转动副.转动副是低副的一种,提供2个移动约束,具有1个转动自由度.如果对转动副再施加1个附加转动约束,限制其自由转动,则转动副就变成附加约束变胞转动副,它在一定条件下才有1个转动自由度.图4(b)所示为附加约束变胞移动副.移动副也是低副的一种,提供1个移动约束和1个转动约束,具有1个移动自由度.如果对移动副再施加1个附加移动约束,限制其自由移动,则移动副就变成附加约束变胞移动副,它在一定条件下才有1个移动自由度.图4(c)所示为含有附加约束转动副的五杆机构.附加约束转动副靠附加约束力,使二自由度五杆机构在某种条件下变成单自由度机构.图中的限动弹簧靠弹簧力约束运动构件CD与摇杆DE保持一定的角度 ,CD杆DE杆变成1个2山东理工大学学报(自然科学版)2007年构件,机构为单自由度四杆机构AB CE,机构具有确定的运动.当该机构受到意外阻碍时,例如D 点受阻,则DE 杆变成机架,这时驱动力拉动弹簧,CD 和DE 构件就会产生相对运动, 角变化,附加约束变胞转动副D 失去了附加约束力,使机构增加1个自由度,保护了机构的安全.图4 附加约束变胞运动副1.2.4 几何限动运动件变胞运动副图5所示为炉灶点火锁机构,当构件2上的销柱受到构件1的销槽的几何约束时,此运动副为移动副;当不受几何约束时,运动副为一转动副.图5 几何限动运动件变胞运动副1.2.5 单向变胞运动副图6所示的单向运动副,运动只能向着 减小的1个方向进行,在相反的方向上没有相对运动.图6 单向变胞运动副2 平面变胞机构的结构分析2.1 变胞机构的自由度变化分析变胞机构与一般机构最大的不同就是机构的构态在运动的过程中发生变化,构态的变化意味着拓扑结构特征的变化.拓扑结构特征中以自由度变化最重要,因为它涉及变胞机构的构件数、运动副数、变胞运动副的约束以及构件之间的相互连接关系等.通过自由度变化的分析可以看出,变胞机构自由度变化2是同时变化1的2个动作,其它情况以此类推.因此,无论变胞机构要求自由度按照什么样的规律变化,都可以按照自由度变化1来讨论.理论上讲,只要在相应的变胞机构中增加或去掉和自由度变化对应的构件数和运动副数即可.但实际上,在机构运动的过程中要增加或去掉2个以上的构件和相应的运动副,一般情况下还是有一定难度的,但也要分具体情况来讨论:(1)如果变胞机构的自由度为完全自由度.通过控制与机架相邻的两构件之一不动,相当于机架和其相邻的两构件之一合并,机构的构件数和运动副数各减少1个是可以实现的.其次,控制相邻的两构件之间的几何约束来控制构件的数目,可以实现增加或减少1个构件和1个运动副.当然,如果能把表1中的变胞运动链设计为一个变胞运动链模块,使其在机构中按照要求决定如何发挥作用,同时使机构的构态发生变化,这方面的工作有待于进一步研究.(2)如果变胞机构的自由度为部分自由度或可分离自由度.可以按照上述方法使机构的构件数和运动副的数目各改变1个,也可以在机构中合适的位置直接去掉或增加一定数量的BG 2或BG 3类变胞运动链,以满足变胞机构变自由度变化的要求.在上述2种情况下都可以通过把一般运动副更换为变胞运动副的方法实现机构构态的变化.(3)对于一个自由度为F 的多自由度变胞机构,都是在自由度F =1的机构的基础上增加1个1自由度的变胞运动链或改换1个变胞运动副而产生的.2.2 变胞机构的变胞运动链由文献[7]可知,高副低代后平面变胞机构自由度的变化公式为F =3 n -2 m l (1)由于 n 和 m l 必须为正整数,故满足自由度变化 F =1的情况为 n =1, m l =1n =3, m l =4 n =5, m l =7(2)式(1)中,自由度的变化F -F = F;构件数的变化n -n = n;低副数的变化m l -m l = m l .为了讨论问题的方便,在变胞机构中规定一些自由度为1的变胞运动链.部分变胞运动链的结构见表1,从表中可知:(1)BG 1变胞运动链.机构中任意一个构件和其相连的一个运动副定义为一个BG 1变胞运动链.3第1期 郭宗和:平面变胞机构及其结构分析(2)BG 2变胞运动链.满足构件数n =3,运动副数m =4的运动链称为一个BG 2变胞运动链.(3)BG 3变胞运动链.满足构件数n =5,运动副数m =7的运动链称为一个BG 3变胞运动链.依此类推.下面证明上述变胞运动链结构的存在性.对传统机构的结构分析知,任何机构都可以分解为机架、原动件和自由度为零的杆组3部分;自由度为零的杆组又可分为两杆三副的二级杆组和四杆六副(其中有1个三副构件)的三级杆组等.因此,一个原动件和一个二级杆组组合即可成为一个BG 2变胞运动链,当一个原动件和一个三级杆组组合即可成为一个BG 3变胞运动链.故机构中变胞运动链的结构是存在的.表1 F=1的变胞运动链Fn m l 变胞运动链代号111BG 134BG 257BG 32.3 变胞机构的结构组成基于变胞运动链的多自由度机构的结构由变胞运动链、阿苏尔杆组和机架组成,具体表述为变胞机构(F)F变胞运动链+ 阿苏尔杆组+机架(3)式中:F 为变胞机构的自由度; 为互逆符号.(3)式中,如果机构为单闭链,则不存在独立阿苏尔杆组;如果机构为多闭链,分解时有时存在独立的阿苏尔杆组;因此,阿苏尔杆组有时存在有时不存在.同样一个多自由度变胞机构可以分解为2个及以上变胞运动链、阿苏尔杆组和机架.该机构就可以通过去掉这样的变胞运动链而使机构的自由度减少1个.因此变胞机构中必定存在变胞运动链.2.4 变胞机构的结构分解步骤变胞机构结构分解步骤为:(1)去除机架;(2)从原动件开始分解,先分解BG 2变胞运动链,再分解BG 3变胞运动链等等,最后分解BG 1变胞运动链,剩余为独立阿苏尔杆组.但必须强调,拆出变胞运动链后不能有剩余的杆件(机架除外)和运动副.如图7所示的7杆变胞机构可以分解为2个BG 2变胞运动链.该机构的自由度为2.这说明机构可以通过使一个BG 2变胞运动链与其相邻的构件合并为一个构件的方法使机构自由度减少一个.图7 7杆变胞机构的结构分解如图8所示的一个BG 3变胞运动链和一个BG 1变胞运动链依此连到机架上,就可以得到一(下转第11页)4山东理工大学学报(自然科学版)2007年镧系和锕系元素在环境中的化学行为具有重要的意义.由于铕(Ⅲ)在环境中的化学形态在很大程度上决定了其在环境中的化学物理行为,掌握铕(Ⅲ)在不同pH 值条件下,在自然环境中的化学形态,对于评估铕(Ⅲ)对环境可能造成的污染,可以提供准确的评估依据.参考文献:[1]王祥科,发展高放废料高效处理技术,中国科学院科学与技术预见系列报告之一:技术预见报告2005[M ].北京:科学出版社,2005.[2]W ang X K,Dong W M ,Gon g Y C,et al .S or ption charac -teris tics of radioeuropium on ben tonite and kaolinite[J ].J.Radioanal.Nu cl.Chem.,2001,250(2):267-270.[3]W ang X K,Chen Y X,Wu Y C.Diffusion of Eu(Ⅲ)in com -pacted b entonite -Effect of pH ,solution con cen tration and hu -mic acid[J].Appl.Radiat.Isot.,2004,60(6):963-969.[4]Takahashi Y,Kimu ra T,M in ai Y.Direct ob servation of Cm -fulvate species on fu lvic acid -m on tm orillonite h ybrid by laser indu ced fluores cen ce spectroscopy[J ].Gechim.C os mochim.Acta.,2002,66:1-12.[5]Chu ng K H ,Klenze R,Park K,e t al .A s tu dy of the su rfacesorption process of Cm on silica b y tim e resolved laser flu o -rescence spectroscopy study [J ].Radiochim.Acta.,1998,82:215-219.[6]Stum pf T h,Bauer A,Coppin F,et al .T ime res olved laserfluorescence s pectr os copy s tu dy of the s or ption of Cm onto sm ectite and kaolinite [J ].Environment.S ci.Techn ol.,2001,35:3691-3694.[7]M ontavon G,M arkai S,An dres Y,e t al .Complexationstudies of Eu w ith alum ina -bound polymaleic acid:effect of organic polymer loading an d m etal ion concentration[J].En -viron.Sci.Techn ol.,2002,36:3303-3309.[8]T ak ahash i Y,Kimura T ,Kato Y,et al .Speciation of eu ro -pium sorb ed on a montmorillonite surface in the pres ence of polycarb oxylic acid b y las er indu ced flu orescence sp ectrosco -py [J ],En vir on ment.Sci.T echnol.,1999,33:4016-4021.[9]W ang X K,Dong W M ,Dai X X,e t al .S or ption and De -sorption of Eu and Yb on Alumina:M echanism s and Effect of Fulvic Acid[J].Ap pl.Radiat.Is ot.,2000,52:165-173.[10]Kimu ra T,Ch oppin G R.Lumin escence study on determ-ination of th e hydration num ber of Cm (Ⅲ)[J ]pd.,1994,213/214:313-317.[11]Rabu ng T h,S tu mpf T h,Geckeis H ,e t al .Sorption of Amand E u onto ?-alum ina:ex perim ents and modeling[J ].Ra -diochim.Acta.,2000,88:711-716.(上接第4页)个7杆变胞机构.图8 7杆变胞机构的结构组成通过变胞机构的结构研究发现,机构本身是由变胞运动链、阿苏尔杆组和机架组成.因此,通过变胞机构的结构分解可以找出上述3部分,特别是首先找出变胞运动链,然后研究怎样通过减少变胞运动链的方法使机构自由度改变.一般情况是,单闭链机构可以通过减少BG 1变胞运动链而多闭链机构可以通过减少BG 1,BG 2和BG 3变胞运动链使机构的自由度发生变化,体现了变胞机构构态变化的重要特征.3 结束语通过对变胞机构基本概念的研究,进一步明确了变胞机构与一般机构的相同点和不同点,揭示了变胞机构结构柔性化的特点,为发明新机械和改进现有机械的性能提供有效的理论指导;通过对变胞机构的结构分析找出了变胞机构的组成原理和结构分析步骤,为运动学、动力学及宫态分析提供了保障.参考文献:[1]Dai J S,Rees Jones J.M obility in metamorph ic mechanismsof foldab le/erectable kinds[J ].ASM E Journal of M echan ical Design,1999,121(3):375-382.[2]Liu C H,Yang T L.E ssence an d characteristics of m etam or -phic m ech anisms and their metamorphic w ays [J].Proc.of the 11th World Cong.in M echanism and M achine Science,T ian jin,2004,(4):1285-1288.[3]郭宗和,马履中,杨启志.基于变胞原理的变自由度机构拓扑型分析[J].中国机械工程,2005,16(1):1-7.[4]郭宗和,马履中.基于拓扑理论的变自由度机构分析与设计[J].农业机械学报,2005,36(5):97-100.[5]李端玲.变胞机构的机构学分析及应用[D].北京:北京航空航天大学,2003.[6]李端玲,戴建生,张启先,等.基于构态变换的变胞机构综合[J].机械工程学报,2002,38(7):12-16.[7]郭宗和.变胞机构及其应用[D].镇江:江苏大学,2005.11第1期 陈 磊,等:pH 值对铕(Ⅲ)在氧化铝表面的吸附和化学形态影响的研究。

HUNAN UNIVERSITY 高等机构学论文论文题目: 变胞机构和柔顺机构的应用及其特征学生姓名:学生学号:专业班级201年月日1.变胞机构1.1变胞机构的提出及研究对象变胞机构(Metamorphic mechanism)的概念是由University of London的戴建生与Rees Jones于1998年在亚特兰大(Atlanta)召开ASME第25届机构学双年会上提出的[1]。

该机构的发现起源于对胞装纸盒的研究，按照传统机构的概念，把折叠纸盒的纸板看作杆件，把折痕看作运动副，这样对纸盒的研究就可以等效为对相应机构的研究.在纸板折叠成纸盒的过程中，绕折痕将对应的各个纸板连在一起时，机构的有效杆件数目发生了变化，从而机构的自由度数也将发生改变，这显示了变胞机构是一种具有构态变化和自动组合等特点的机构，它能在不同的状态下提供不同的自由度数，并自动组合成一种新的结构，以适应不同的功能需要。

图1-1所示的六面体是变胞机构的一个典型例子，在该六面体结构中，两个面之间的夹角均相等，将其展开成平板形式，如图1-2所示该平板由三个成L形连接的正方形纸板组成，图1-2中的虚线为折痕。

图1-1 折叠起来的六面体图1-2 六面体的展开图纸板沿折痕竖起相当于杆件绕转动副作旋转运动。

折痕和纸板的连接关系是运动副和连杆的连接。

如图1一所示是六面体机构的等效机构示意图和实物图，纸板绕折痕旋转时，该六面体机构将出现几种不同的状态，机构的有效杆件数目和自由度数都将发生变化.图1-3(b)所示的是该机构的始态，旋转纸板，将侧板4'与板1固定，这将形成一个运动副，与之相应的六面体结构就减少了有效杆件的数目。

在第二个状态里，机构由铰点((1,2),(2,3)、(3,4)和(4,1)形成了一个具有4个“腿”的球形的联动装置，铰点被连为一体且可以自由转动。

当固定3'板和5板的时候就出现了该机构的第三个状态，这时机构将变成一个如图1-1所示的具有多个铰点的六面体结构。