摘要：首次引入生物学原理研究机构综合与设计。提出变胞元素(进化单元),探讨基于变胞元素的变胞机构基因进化机制,建立基于基因进化技术的变胞机构创新设计理论。首先深入分析变胞机构的综合过程与构态进化特点,结合变胞机构的机构组成原理与结构构型建模分析,建立基于变胞元素的变胞机构基因建模方法,以基因模型讨论变胞机构的构态演变与进化。针对提出的变胞进化单元,深入研究底层变胞单元的基因进化机制与规律,主要探讨基因聚合进化机制、主动基因进化机制、基因变异进化机制、基因相交进化机制和基因分离进化机制,建立变胞机构基因设计理论基础与构态自动演变计算方法,实现满足多功能阶段设计需求的变胞源机构多构态模式。计算实例中变胞源机构综合过程验证了基因设计理论的正确性,变胞源机构到具体工作阶段机构的可分离蜕化变胞元素求解过程体现了进化综合理论的有效性。

摘要：变胞机构的英文首创是'Metamorphic mechanisms'。这一概念借用了生物学中'Metamorphosis',即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念,并结合机构的基本杆组组成原理,首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理,定义变胞元与变胞基因,并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型,分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点,讨论变胞源机构及生成方法与过程,得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法,建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例,并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果,对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。

摘要：生产力发展与工程技术革新要求机构具备可自重组与可重构及“一机多用”的功能,以满足复杂工况需求。可重构机构具有可变活动度和可变构态,可以满足多任务、多工况与多功能的要求,然而,决定其设计方法的演变内涵与分岔机理的研究目前仍不为学者们充分了解。从变胞机构的演变与分岔机理的角度,以旋量理论、李群与李代数及微分流形为主要工具,揭示了机构演变内涵及运动与约束空间的内在关联关系;探究了机构演变中的分岔机理与可控奇异位形,回顾了变胞机构与折纸及折展机构的历史渊源,综述了变胞机构的构型设计、性能综合与新型设计理念及其创新应用。

摘要：为了解决电弧增材制造存在变形及微观组织形态和力学性能较差的问题,采用轧制使材料的力学性能得到极大改善.为了合理设计轧制机构,针对一种侧向轧制变胞机构进行动力学分析和优化设计,分别分析了杆件尺寸、主动件速度、弹簧刚度在变胞机构运动过程中对变胞机构的影响.首先,分析了侧向轧制变胞机构的原理,得到了机构的基本结构;然后,选取合适的设计变量初始值与边界值,确定目标函数及约束条件;最后,在机械系统动力学自动分析(ADAMS)软件中建立机构的虚拟样机模型,在一定的侧向轧制力下,以主动件的驱动力最小为优化目标进行仿真求解,得到驱动力的最优解和相应设计变量的最优值.结果表明:最小驱动力较优化前减小了15.48%,主动件速度、杆件尺寸、弹簧刚度对变胞机构的影响程度是依次减弱的.

摘要：提出了一种基于剪叉机构单元的剪叉弯曲折展变胞机构单元,给出了构造该变胞机构的约束条件。建立了该机构单元运动的数学模型,通过计算分析了该机构的自由度和运动形式。提出了剪叉弯曲折展机构单元在剪叉机构运动和弯曲机构运动状态转变的工程实现方法,并通过计算分析得到了实现该方法所需的杆长约束条件和角度初始条件。提出了控制机构单元弯曲曲率的方法,通过数值计算得到了限位连杆长度与弯曲曲率的定量关系。该机构单元可以串联组合用于大尺寸物体的抓取。建立了单个机构单元以及两个机构单元组合的三维模型,进行了运动仿真模拟,验证了设计的可行性。

摘要：柔性变胞机构是一种依靠柔性构件变形实现构态变化的机构,利用柔性机构的某些特性可以综合提高变胞机构的性能和效率。提出一种伞式可折叠柔性变胞机构,该机构综合了变胞机构和柔性机构两大特点。利用伪刚体模型理论对该机构进行拓扑学,运动学及稳态分析。最后,对该机构进行运动学仿真,结果表明伪刚体模型法适合于柔性变胞机构的分析与设计。

摘要：基于变胞机构的概念,结合多面体包装纸盒棱边成形原理,将多面体各棱边等效为杆件,各顶角等效为铰链,并以八面体为例,抽象出一种新型平面-空间多面体变胞机构,分析该机构可动条件,应用邻接矩阵及旋量理论分析该机构各构件间的连接与运动关系,并基于可重构理论,演化设计出具有可重构功能的平面-空间多面体变胞机构。所设计的新型机构既能够实现平面拓扑与空间多面体拓扑结构间变换,又可生成不同尺寸与不同形状的多面体构型,可作为机器的骨架或执行器应用于包装机器人、航空航天及其他工业应用领域。

摘要：变胞机构具有可变拓扑结构的特点,其构型综合的难度很大.文中通过分析变胞运动副的约束变化特征和结构实现方式,提出一种变胞机构构型综合方法.采用约束函数的算术运算描述运动副在增加、消除和改变类型共3类变胞过程中的约束变化特征;通过归纳设计常见运动副变胞的结构形式,构建变胞运动副结构设计目录;以此为基础,结合形态学矩阵法构造变胞源机构,通过求解变胞运动副的约束变化特征,选择变胞运动副结构,综合变胞机构构型.示例表明,文中方法不仅能综合出多种满足功能需求的变胞机构构型,还能改进机构结构与性能.

摘要：3-UPU并联机构的动静平台虎克铰关节轴线在满足不同的几何约束条件下可分别具有平动和转动的输出特性。根据变胞机构理论中改变运动副方位特征实现构态变换的原理,设计一种3-UPU并联机构构态转换实现机构。此机构由结构相同的上下两部分运动链组成,通过改变其连接关系可实现3-UPU并联机构动静平台虎克铰轴线在平行和汇交之间变化,达到改变其运动输出的目的,从而形成一种新型并联变胞机构。由于变胞机构具有多组耦合关系,合适的构态转换位置是影响后续构态机构工作性能的重要因素,应用螺旋理论分别进行其各构态机构的自由度分析,并以机构工作空间为例分析构态转换位置点对其工作性能的影响。

摘要：变胞机构拥有多个变换的稳态和变胞态,其拓扑构态描述与分析是变胞机构结构学的难点。采用数学分析方法,探索全面、简便而准确地描述和分析变胞机构构态拓扑结构的问题。根据运动副约束的特征,定义反映运动副类型、级别、自由度、方位、性质及其随时间变化情况等诸多特征信息的参数——运动副约束函数,采用矩阵法构建以约束函数为元素的机构变胞源运动链邻接矩阵。针对合并构件、分离构件、改变构件性质、新增运动副、消除运动副及改变运动副性质等六类机构变胞方式,分别定义相应的机构变胞函数和变胞矩阵,建立相邻稳态之间变胞态的机构变胞方程。应用实例表明,所定义的运动副约束函数、运动链邻接矩阵、变胞矩阵和变胞函数等概念能简便、广泛地描述变胞机构的构态特征,基于约束函数的机构变胞方程能准确地描述和分析机构相邻稳态之间变胞态的变换过程,为变胞机构的结构分析提供一种新的途径和方法,并为进一步的变胞机构运动学和动力学分析以及机构综合研究提供理论基础。