[发明专利]一种基于可变形刚体机构综合理论的刚体链连接方法

权利要求书

1.一种基于可变形刚体机构综合理论的刚体链连接方法，所述刚体链的链段包括M链段、C链段和H链段，其特征在于，所述虚拟链包括：将可变形平面刚体链转化为的全部由R连接的线性刚性连杆，以及将可变形空间刚体链转化为的全部由R连接和/或S连接的线性刚性连杆；所述方法包括以下步骤：

S1：设计计算起点的刚体链，所述刚体链包含多个相互独立的部分，每个部分包括至少一个链段，将各链段转化为对应的虚拟链段；对于包含至少两个链段的部分，根据设计方案在两个链段之间添加F连接；

S2：将位于F连接处两侧对应的两个相邻的线性虚拟链段简化为一个线性虚拟链段，其起点和终点是原来两相邻虚拟链段上远离F连接点的端点；

S3：重复S2步中的简化虚拟链的步骤，直至所有的虚拟链段之间均不存在F连接，只存在R连接和/或S连接或还未连接；

S4：求解虚拟链的位置：以各虚拟链段之间应首尾相连为已知条件，求解出第一个虚拟链段的起点坐标位置以及所有虚拟链段的方向，使得虚拟链段上各节点在连接前后的位移的平方和最小，且满足轮廓首尾两端的几何约束条件，由此得到连接后虚拟链上各节点的坐标位置

S5：检索实际刚体链：将虚拟链段转换回实际的刚体链，即根据各虚拟链段在连接后的旋转和平移，计算出实际刚体链的各部分连接后的旋转和平移以及C链段或H链段的长度变化，得到连接后的实际刚体链的方向与位置。

2.根据权利要求1所述的基于可变形刚体机构综合理论的刚体链连接方法，其特征在于，所述S1步中，一个M链段所对应的虚拟链段为一个连接所述M链段起点和终点的线性链段，所述虚拟链段的长度为所述M链段两端点之间的直线距离；一个C链段所对应的虚拟链段为两个由R连接的线性链段，所述转动副位于C链段所在圆弧的圆心处，两个由R连接的线性链段的另外两个端点分别位于所述C链段的起点和终点处，两个由R连接的线性链段的长度均为C链段所在圆弧的半径；一个H链段为一段圆柱螺旋线，根据其曲率半径定义一个具有相同半径的圆柱，且H链段的起点、终点分别位于所述圆柱的上、下底圆的圆周上，一个H链段所对应的虚拟链段为四个线性链段，其中：第一虚拟链段是连接H链段起点与上底圆圆心的线性链段；第四虚拟链段是连接H链段终点和下底圆圆心的线性链段；第二和第三虚拟链段是两条相等长度的线性链段，其长度大于圆柱高度的一半；第一、第二、第三虚拟链段在同一平面上；第一与第二虚拟链段之间、第二与第三虚拟链段之间采用R连接，第三与第四虚拟链段之间采用S连接。

3.根据权利要求2所述的基于可变形刚体机构综合理论的刚体链连接方法，其特征在于，当C链段的曲率趋近于零时，其所在圆弧的圆心位于C链段的无穷远处，此时可以设定一个曲率阈值，当C链段曲率低于阈值时，可认为C链段为一带有移动副的直杆；此时，C链段所对应的虚拟链段为两个由R连接的等长线性链段，所述R连接的转动副位于C链段的中垂线上，两线性链段的另外两个端点位于C链段的起点和终点处，两线性链段的长度大于C链段最大长度的一半。