[发明专利]基于过约束的连续性来判断机构中虚约束及其数量的方法

权利要求书

1.基于过约束的连续性来判断机构中虚约束及其数量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）找出并联构件，确定作用在并联构件上的动法线和静法线的数量、位置：将机构中各个运动副均等效成若干个约束点，将约束点处的法线定义为约束法线，所述约束法线分为静法线、动法线，所述静法线表示相关构件约束点的位置在法线方向相对于机架是静止的，动法线表示相关构件约束点的位置在法线方向相对于机架是运动的，以此为基础确定作用于并联构件上的法线数量、性质、位置；

（2）确定静法线对并联构件自由度及过约束的影响，首先根据作用到并联构件上静法线的数量及其几何关系，判断静法线对并联构件自由度的影响，进而判断并联构件的过约束及其数量，具体方法为：

判断静法线对并联构件自由度影响的方法为：A:若并联构件上有两条平行法线，则并联构件在法线方向的移动自由度、在法平面内的转动自由度被限制；B：若并联构件上有三条不在同一平面内的平行法线，则该并联构件沿法线方向的移动自由度及绕法线垂直面内任意两条直线的转动自由度被限制；C：若并联构件上有两条法线交于一点，则在交点处可等效成法平面内任意两条不共线的法线，它们限制该并联构件在法平面内任意两个方向的移动自由度；D：若并联构件在一个平面内有3条法线的交点数量大于1，则该并联构件在该平面内两个方向的移动、平面内的转动自由度均被限制，即并联构件在法平面内的3个自由度全部被限制；E：若并联构件上有三条不共面的法线交于一点，则在交点处可等效成任意三条不共面的法线，限制该并联构件在空间三个方向的移动自由度；F：若并联构件上有3条异面法线，则该并联构件的3个移动自由度被限制；

根据静法线对并联构件自由度影响判断并联构件过约束及数量的方法为：A：若并联构件上有n,条法线重合，所述n大于1，则该并联构件在其法线方向移动自由度过约束，过约束的数量为n-1；B：若并联构件的某平面内有n条平行法线，所述n大于2，则并联构件绕法平面垂线方向转动自由度过约束，过约束的数量为n-2；C：若并联构件在某平面内有n条交于一点的法线，所述n大于2，则并联构件在法平面内的移动自由度过约束，过约束的数量为n-2；D：若并联构件在一个平面内有n条法线，所述n大于3，且这些法线至少交于两点，则并联构件有n-3个移动过约束；E：若并联构件有n条异面法线，所述n大于3，则并联构件有n-3个移动自由度过约束；F：若并联构件的n条不在同一平面的法线同垂直于一个平面，则并联构件有n-3个转动过约束；G：若并联构件有同垂直于一个面的两个面，且各有n、m条法线分别垂直于这两个面，则并联构件有n+m-4个转动过约束；H：若并联构件有n对异面平行法线，所述n大于3，则分别有n-3个转动自由度与移动自由度过约束；

（3）确定动法线对并联构件自由度及过约束的影响，根据作用到并联构件上动法线的判断，得到动法线对并联构件自由度的影响，进而判断并联构件的过约束及其数量，具体方法为：

判断动法线对并联构件自由度影响的方法为：A:两平行动法线：作用到并联构件上的两条平行动法线直接或间接地始于某一构件的运动，则：若平行动法线只能沿其法线方向移动，则并联构件在法平面内的转动自由度被限制；若平行动法线只能在法平面内转动，则并联构件沿动法线方向移动自由度被限制；若平行动法线既能沿动法线方向移动又能在法平面内转动，则并联构件的自由度未被限制，即两条平行动法线为无效动法线；

B：如果作用到并联构件上的两条相交动法线的运动直接或间接地来自于某构件的运动，则：若动法线只能沿某一方向移动，则目标构件在该移动的垂直方向的移动自由度被限制；若动法线只能绕法平面内的某一点转动，则目标构件在约束点处沿动法线垂线方向的移动自由度被限制；若动法线同时能沿某个方向移动与绕某个点转动，则两条相交动法线为无效动法线；

根据动法线对并联构件自由度影响判断并联构件过约束及数量的方法为：如果作用到并联构件上的n条平行动法线的运动直接或间接地始于某一构件的运动，所述n大于2，则并联构件在其法平面内受到n-2个过约束；相交动法线引起的过约束判断：在一个法平面内，如果作用到并联构件上的n条动法线的运动直接或间接地来自于某一构件的运动，且各条动法线在其约束点处的垂线相交于一点，所述n大于2，则并联构件有n-2个移动过约束；若各条动法线在其约束点处的垂线交点数量大于1，则目标构件的速度瞬心不是唯一的，目标构件将无法运动；

（4）综合静、动法线叠加判断对并联构件自由度及过约束的影响：将步骤（3）中动法线约束的自由度与步骤（2）中静法线约束的自由度进行叠加，若动法线与静法线约束的是并联构件的同一个自由度，则会增加一个过约束，以最终确定并联构件的自由度与过约束及其数量；

（5）判断过约束是否构成虚约束：根据机构在运动过程中，并联构件的各个过约束是否连续，连续的过约束构成虚约束，据此判断过约束是否能构成虚约束以及虚约束的总数量。