空間連桿機構(gòu)

空間連桿機構(gòu)常指單自由度空間閉鏈機構(gòu),但是隨著工業(yè)機器人和假肢技術(shù)的發(fā)展,多自由度空間開鏈機構(gòu)也有不少用途。單自由度單環(huán)平面連桿機構(gòu)只含4個轉(zhuǎn)動副,而單自由度單環(huán)空間連桿機構(gòu)所含轉(zhuǎn)動副應為7個,此即空間七桿機構(gòu)?？臻g連桿機構(gòu)中采用多自由度的運動副如球面副或圓柱副時，所含構(gòu)件數(shù)即可減少而形成簡單穩(wěn)定的空間四桿機構(gòu)或三桿機構(gòu)。為了表明空間連桿機構(gòu)的組成類型,常用R、P、C、S、H分別表示轉(zhuǎn)動副、移動副、圓柱副、球面副、螺旋副。一般空間連桿機構(gòu)從與機架相連的運動副開始，依次用其中的一些符號來表示。常用空間四桿機構(gòu)的組成類型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS機構(gòu)這些機構(gòu)因含有兩個球面副,結(jié)構(gòu)比較簡單，但繞兩球心連線自由轉(zhuǎn)動的局部自由度影響高速性能。所有轉(zhuǎn)動副軸線匯交一點的球面四桿機構(gòu),也是一種應用較廣的空間連桿機構(gòu)，如萬向聯(lián)軸節(jié)機構(gòu)。此外，還有某些特殊空間連桿機構(gòu)，如貝內(nèi)特機構(gòu)，其運動副軸線夾角和構(gòu)件尺度要求滿足某些特殊關(guān)系。

對空間連桿機構(gòu)進行運動綜合的基本問題是:①當主動件運動規(guī)律一定時，要求連架從動件能按若干對應位置或近似按某函數(shù)關(guān)系運動;②要求連桿能按若干空間位置姿態(tài)運動而實現(xiàn)空間剛體的導引;③要求連桿上某點能近似沿給定空間曲線運動。由于這些問題和平面連桿機構(gòu)的綜合問題相仿，所以平面的巴默斯特爾理論可解析地推廣于空間剛體的導引問題和其他運動綜合問題。此外尚有利用機構(gòu)封閉性等同條件建立設(shè)計方程式和采用優(yōu)化技術(shù)等綜合方法。

spatial linkage

由若干剛性構(gòu)件通過低副(轉(zhuǎn)動副、移動副)聯(lián)接，而各構(gòu)件上各點的運動平面相互不平行的機構(gòu)，又稱空間低副機構(gòu)。在空間連桿機構(gòu)中，與機架相連的構(gòu)件常相對固定的軸線轉(zhuǎn)動、移動，或作又轉(zhuǎn)又移的運動，也可繞某定點作復雜轉(zhuǎn)動;其余不與機架相連的連桿則一般作復雜的空間運動。利用空間連桿機構(gòu)可將一軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槿我廨S的轉(zhuǎn)動或任意方向的移動，也可將某方向的移動轉(zhuǎn)變?yōu)槿我廨S的轉(zhuǎn)動，還可實現(xiàn)剛體的某種空間移位或使連桿上某點軌跡近似于某空間曲線。與平面連桿機構(gòu)相比，空間連桿機構(gòu)常有結(jié)構(gòu)緊湊、運動多樣、工作靈活可靠等特點，但設(shè)計困難，制造較復雜?？臻g連桿機構(gòu)常應用于農(nóng)業(yè)機械、輕工機械、紡織機械、交通運輸機械、機床、工業(yè)機器人、假肢和飛機起落架中。

空間連桿機構(gòu)的分析綜合均較平面連桿機構(gòu)復雜困難，這在很大程度上影響空間連桿機構(gòu)的推廣應用。研究空間連桿機構(gòu)的方法有以畫法幾何為基礎(chǔ)的圖解法和運用向量、對偶數(shù)、矩陣和張量等數(shù)學工具的解析法。圖解法有一定的局限性，應用較多的是便于電子計算機運算的解析法。空間連桿機構(gòu)分析中重要而又困難的問題是位移分析。對多于 4桿的空間連桿機構(gòu)，由輸入求輸出位移時因中間運動變量不易避開或消去，一般要用數(shù)值迭代法聯(lián)解多個非線性方程式或求解高次代數(shù)方程式。對最難進行位移分析的空間7R機構(gòu)，由輸入求輸出位移的代數(shù)方程式高達32次。

根據(jù)構(gòu)件之間的相對運動為平面運動或空間運動，連桿機構(gòu)可分為平面連桿機構(gòu)和空間連桿機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目的多少分為四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機構(gòu)稱為多桿機構(gòu)。當連桿機構(gòu)的自由度為1時，稱為單自由度連桿機構(gòu);當自由度大于1時，稱為多自由度連桿機構(gòu)。

根據(jù)形成連桿機構(gòu)的運動鏈是開鏈還是閉鏈，亦可將相應的連桿機構(gòu)分為開鏈連桿機構(gòu)(機械手通常是運動副為轉(zhuǎn)動副或移動副的空間開鏈連桿機構(gòu))和閉鏈連桿機構(gòu)。單閉環(huán)的平面連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為4，因而最簡單的平面閉鏈連桿機構(gòu)是四桿機構(gòu)，其他多桿閉鏈機構(gòu)無非是在其基礎(chǔ)上擴充桿組而成;單閉環(huán)的空間連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為3，因而可由三個構(gòu)件組成空間三桿機構(gòu)。