運動力學研究全文(5篇)

摘要：運動力學是研究物體運動規律的，通常指的是物體的運動.隨著現代運動力學理論的不斷延伸發展，其在很多領域已經有了比較深入的應用.基于此，在本文的研究中，主要對運動力學在機械結構設計中的應用進行論述，并結合一些實際機械設計案例，對運動力學的應用價值和作用進行分析，希望可以對相關機械結構設計領域對運動力學的科學運用起到一定的參考和啟發作用.

關鍵詞：運動力學；零部件鏈接；機械結構；設計應用；疲勞力學

機械結構設計過程中，會運用很多原理，其中運動力學原理發揮著非常重要的理論指導作用.在物理學的很多力學實驗中，運動力學也是受到很多研究人員重視和關注的.可以說，運動力學作為機械科學與物理學科的一種連接紐帶，通過科學合理的應用運動動力學，對于機械結構設計的改良和優化，具有十分有價值的指導意義.機械機構設計質量和效率的提升，離不開運動力學理論的支撐.因此，本文通過對運動力學進行深度解析，并將機械結構設計的要素進行系統歸納總結，結合一些實際案例，對運動力學在機械結構設計中的應用問題進行分析.

1機械結構設計在應用中的技術要素

機械結構設計是機械工藝技術革新的重要技術手段，而在結構設計中很多關鍵技術要素，正是決定機械機構設計水平的基礎.運動力學在機械結構設計中，不僅要實現關鍵技術要素的改良優化，并且在設計工藝、生產效率方面也要得到提升.機械機構設計在幾何層面、理論原理層面，要遵循精密設計技術的原則指導，保證零部件之間實現精細緊密的咬合，并保證咬合力得到一定程度的提升.在機械機構運動過程中，咬合力能夠隨著機械零部件的轉動，而實現動態的變化，保持同機械運動作業要求相符合的力度要求.機械結構設計中要對不同的面進行優化，通過應用運動力學原理，保證每一個不同的面上的用力、收禮以及摩擦阻力等，在機械設備運轉的過程中，達到和動態平衡變化.

2運動力學在機械結果設計中的應用

運動力學在機械結構設計中，有著很高的應用價值.從當前的實踐應用情況來看，其價值主要體現在如下兩個方面：

0引言

工業經濟雖然在知識經濟時代的來臨和沖擊之下，逐漸走向了式微的發展階段，但這并非意味著在社會生活和經濟生產中，已經失去了往昔的主導地位，仍舊存在著不可忽略的價值和功能，并在國家復興的進程中，具有強大的助推作用。作為傳統工業部門中的代表，機械制造業不但在經濟發展的助推中，作用絕非可有可無，而且在當前科技創新的研究領域中，其平臺作用也是不可小覷。在機械結構的設計原理中，運動力學在其中的干預作用最大，在物理學的實驗活動中，也最受研究人員的重視和關注。

1機械結構設計的在應用中的技術要素

作為機械結構設計環節中的重要組成部分，結構設計中的關鍵要素，正是促進技術革新的重要手段之一。伴隨著科研活動中的理論基礎的日益夯實和技術應用范圍的日趨擴大，物理學中的相關原理也逐漸擁有了充足的用武之地，在實際機械結構的設計中，不斷滿足著機械結構的符合要求，并促進生產水平的解放和提升。在機械結構設計層面的幾何要素上進行分析，機械結構的設計原理，秉持著其精密的設計技術的指導和應用，在零部件之間能夠實現咬合力的提高，并實現位置關系的明確定位和精密確定。在這種幾何要素的關系體系之內，機械結構設計中最為關鍵的因素，便是不同的面，在這些不同的面上，通過完善和優化的考量，來保證在零件的不同接觸面上，都可以進行合理的安排。

2運動力學在機械結果設計中的應用

運動力學在機械結構設計中的應用價值，主要體現在2個方面：

（1）在零部件的鏈接方面。在這一環節中，誠如上文中論述的那樣，存在著直接鏈接和間接鏈接的差別，由于存在著應用方面的差別，所以在運動力學的應用潛力上，也存在著截然相異的表現。但是作為機械設計中的核心要素，運動力學所產生的抽象指導上，從根本上也是如出一轍。例如，利用力矩的變化，通過計算不同聯接點的摩擦力和壓力，從而可以了解到不同的節點的壓力和零件的材料選擇等。在力學計算和相應的選擇性指標的衡量下，構成決定零件的選材和位置的排列組合等等，都體現出這一點。

摘要：本文將圍繞柔性機械臂動力學建模與控制進行研究，注重柔性機械臂系統描述以及柔性機械臂數學模型的構建，旨在保證柔性機械臂系統的完整性，為后續研究工作奠定基礎。

關鍵詞：柔性機械臂；動力學建模；動力學控制

隨著現代化科學信息技術的不斷發展，柔性機械臂的功能越來越突出，詳細的對柔性機械臂動力學中PID控制器、反饋線性化控制、奇異攝動法控制、變結構控制以及反演控制法進行研究，從而提升其應用水平。

1柔性機械臂動力學建模研究

1.1柔性機械臂系統描述。柔性機械臂系統主要包括柔性關節機械臂傳動系統、柔性關節機械臂傳感系統、柔性關節機械臂控制系統等幾個方面。其中，柔性關節機械臂傳動系統是機電系統的重要組成部分，是保證機電設備安全運行的關鍵，柔性關節機械臂傳動系統包含的方面具有多樣性，主要包括連桿結構、鏈傳動等。柔性關節機械臂傳感系統是提升系統品質的關鍵，其評價指標具有多樣性，主要包括分辨率、溫度范圍、震動能力等，其中動態響應特征為關鍵的評價指標。柔性關節機械臂控制系統中的底層控制系統可以對數據進行整合處理，為了保證傳輸到驅動電機控制信號的準確性，要對數據的反饋程序進行優化，其中底層控制系統主要是可編程邏輯門陣列發揮作用。上層系統的數字處理器的處理數據信息的速度較快，可以準確的掌握柔性機械臂系統的具體位置，保證數據傳輸結果的精確性。1.2柔性機械臂數學模型。柔性機械臂動力學建模的前期需要建構柔性機械臂數學模型，根據柔性機械臂動力學方程的運算情況得出柔性機械臂系統的勢能以及動能表達式，其中，影響柔性關節機械臂控制系統的因素具有多樣性，主要包括重力勢能以及彈性勢能。假設有T個自由度的柔性機械臂，需要對2T個剛體的動能進行計算，其中2T中主要涉及T個電機轉子動能以及T個剛性連桿的動能。在列動能方程式時要將連桿的位置矢量以及欄桿的慣量矩陣充分考慮在內，并根據電動機轉子轉動速率推算出V-1個連桿的相對速率。在柔性機械臂動力學建模的環節中，要對關節減速比設定為N=160、電機轉子轉動慣量、電機轉子質量、電機減速前以及減速后的角度、連桿質量、連桿轉動角度進行設定。

2柔性機械臂動力學控制分析

2.1PID控制器進行控制。PID控制器在實際的應用環節中操作簡單方便并且實用性較強，主要應用在剛性機械臂中，PID控制器為了在柔性關節機械臂中充分發揮作用，要借助重力補償的優勢完善柔性關節的狀態反饋結構，將狀態變量進行優化，其中狀態變量主要包括電動機轉動角度以及時間求導，可以有效的對柔性關節機械臂進行軌跡控制，有利于保證柔性機械臂系統的安全運行。在應用PID控制器的環節中，需要將關節柔性以及柔性補償等影響陰因素考慮在內，從而提升柔性機械臂系統的性能[1]。2.2反饋線性化控制。反饋線性化控制的應用已經得到了廣泛的認可，反饋線性化控制主要是借助狀態空間表達式的坐標變換，對其線性系統進行優化的過程，逐步形成新等效系統。其中，反饋線性化控制具有線性系統穩定的優勢，可以有效的對柔性機械臂進行控制。在狀態向量的變換環節中，要借助柔性機械臂動力學模型，對其進行控制。當反饋線性化等效發生變化時，要計算出位置對時間求導后的速度，并借助非線性觀測器進行控制[2]。同時，由于反饋線性化控制的系統模型的準確性較低，在實際應用環節中，對使用效果的影響較大。2.3奇異攝動法控制。奇異攝動法控制應用速度較快，其中主要涉及邊界層法。邊界層法是對高階系統進行分解，從而降低系統方程的階數，提升慢變系統以及快變系統的相似度。在從高階系統轉變為低階系統中，要結合慢變系統以及快變系統自身變化的實際情況設計出科學的控制對策。當奇異攝動法在柔性機械臂系統中應用時，要將連桿狀態以及關節的彈力設定為慢變量、快變量。其中，奇異攝動法控制需要考慮的因素較少，但是控制器參數的準確性較低，在實際的應用環節中控制效果較差，對柔性機械臂的系統產生影響[3]。2.4變結構控制。變結構控制的穩定性較差，與系統的變化狀態有關。在閉環系統結構的變換過程中，要借助切換函數的優勢，將切換前與切換后的性能進行融合。其中滑模變結構是變結構控制的一種，在控制量切換的環節中保證系統處于正常運行的狀態，一定程度上與切換函數有關。滑模變結構是可以準確的對控制對象的狀態變量進行控制，狀態軌跡會出現小幅度的運動。同時，滑動模態在運行的環節中不易受到外界因素的影響，有利于保證系統的安全運行。其中，變結構控制可以高效的對柔性機械臂系統進行控制，當柔性機械臂系統在運行時，變結構控制可以降低系統負載的變化，并在機器人中廣泛應用[4]。

一、具身經濟學研究方法;社會動力學范式

已經有研究探討了模仿在發生軀體社會互動之中或之后對人的偏好和經濟決策上的影響，表明了軀體動作在經濟學中的作用。更好地理解運動行為是如何影響經濟決策的一個可能性是把社會神經經濟學與模仿的實驗范式進行對比。在社會動力學的范式下進行社會神經經濟學實驗可能是探索這一目標的一個選擇。社會動力學的范式是一個新穎的范式，它可以獲得實時的自發軀體吸引和運動黏合，在個體交換信息的時，兩人一組執行一個運動，每個人都按照他們自己的頻率和振幅運動，不帶其他的步調。被試沒有得到任何關于彼此運動方式的的指導:因此可能出現的人際溝通協調模式是無意識的。當(視覺)信息沒有發生交流時，個體獨立地按照他自己的頻率運動。然而，當他們分享他們之間的信息時，他們無意識地采取了一個同步的人際協調模式，他們的活動在時空上和頻率上出現了無意識匹配。當他們停止分享信息，他們的運動頻率就會出現偏離。有趣的是當這種信息的交流結束了后，他們的運動頻率沒有回到初始頻率。仔細觀察數據發現他們各自的個體運動依然受他們參加過的軀體社會互動的影響。結果清晰地表明了臨時性相位鎖定和頻率鎖定的關聯(coupling)在后續行為中的一致性影響，即當人們不再存在于彼此面前的時候:某種運動社會記憶仍然存在。因此我們可以猜測是不是在他們互相交換信息上和在軀體上互相影響彼此時，自發同步的方式經驗性的改變了他們經濟決策的方式。

二、社會動力學范式神經生理學研究成果

此外，社會動力學范式的神經生理學版本，雙腦電圖儀系統揭示了一個新的腦波律動，社會互動的某種“神經中樞”(neuromarkers)。被稱作Phi，頻率在10赫茲的波定位在右中央頂皮層，隨著個體間協調行為的顯現和結束而出現和消失。這一發現無疑在大腦水平上解釋了從不協調的社會互動到協調的社會互動的轉變。在一項后續研究中發現當人們有意地去協調時，Phi的量級更大。神經系統版本的社會動力學范式提供了一個新的視角，解決了關于前面報告的從不協調行為到協調行為的轉化是否在腦水平上也有一個相似的行為這一問題。當研究個體參與社會經濟游戲時這樣的一個結果在社會神經經濟學中是有著極大的相關性的。社會協調性的神經中樞的存在表明了人們協調與否。它量級的大小可能揭示了人們模仿和協調意圖性強弱。從而為具身神經經濟學打開了新的研究視野。

三、小結

過去的十年間，認知神經系統科學家對危急關頭的心理狀態的神經生理基礎感興趣，他們已經注意到和使用了來自于被良好控制的實證范式研究的結果中的具身因素的強烈影響。我們建議進一步發展具身經濟學背后的理論基礎是相當明確的:為什么要阻止經濟行為人了解彼此在軀體上的存在呢?如果軀體影響在決策動力上沒有一個顯著的效應的話。我們堅信通過考慮我們整個軀體在經濟交換中的作用，而不僅僅是大腦的作用，經濟學會更加接近真實的生活。換言之，當‘軀體說話時’，經濟學家恐怕最明智的做法是去細心的傾聽……

作者：高友明 單位：湖南師范大學教育科學學院

一、優化教學內容，突出基本概念和理論，重視理論聯系實際

（一）靜力學部分

靜力學主要研究受力物體平衡時作用力應滿足的條件，同時也研究物體受力的分析方法以及力系簡化方法，是理論力學基礎重要的部分，也是后續課程的基礎。因此，講授該部分時要適當增加課時，而對大學物理中已經講過的一些概念，可以引導學生以復習的形式加深對這些概念的理解。約束反力是理論力學中比較重要的概念，而大學物理學中沒有提過，因此必須給學生講解透徹。但是單純講概念比較抽象，引入工程實例后學生會易于理解與接受。例如物體受力分析和平衡方程是靜力學的基礎部分，可以對工程實例（比如活塞連桿機構）進行分析，得到力學模型，除外力外根據約束類型畫出機構各部分的約束力，然后列出平衡方程并求解，這樣既可以提高學生力學建模的能力，也有利于提高學生應用平衡方程解決問題的能力。對摩擦問題主要講清存在摩擦時的平衡范圍和臨界狀態的概念，重點是存在摩擦時平衡問題的解法，滾動摩阻可不舉例。

（二）運動學部分

運動學部分主要研究物體運動的幾何性質，為學習動力學打基礎，同時也為分析機構運動打下了基礎。這部分關于點的運動和剛體的簡單運動是基本內容，可以通過向學生提出問題，然后讓學生自學，最后在課堂上對實際問題進行討論總結，這樣可以培養學生自學能力和解決問題的能力。該部分的重點和難點是點的合成運動和剛體平面運動以及運動學的綜合運用。點的合成運動要結合實例強調“一個點、兩種坐標系、三種運動”，特別要講清牽連運動的概念與動坐標系的適當選取。而關于速度合成定理和加速度合成定理的推導限于課時限制，由學生課下自行推導，課堂上強調應用。尤其當牽連運動是定軸轉動時，牽連運動和相對運動相互影響產生了科氏加速度，教材上的理論推導較抽象，對農業機械化學生來說感到茫然，通過舉實際生活中的例子，比如田徑比賽中的長跑項目，運動員都是按規定向左轉彎；又比如在俄羅斯，向北冰洋流去的那些河流河床的東岸總是容易被沖刷，這都是由于科氏加速度的原因。運動學的綜合應用是運動學中的難點，這部分內容可通過刨床機構的實例進行講解。

（三）動力學部分

動力學部分主要是建立受力和運動之間的關系，質點動力學方程是該部分的基本內容，動量定理、動量矩定理和動能定理都是建立在質點動力學基本方程基礎上的，關于這三大定理的推導可略講，而對質心運動定理、質點系相對質心的動量矩定理以及普遍定理的綜合應用則結合具體的工程實例進行講解。比如講解動量守恒時，可以偏心轉子電動機為例，向學生提出以下問題：電動機工作時為什么會左右運動？這種運動有什么規律？會不會上下跳動？帶著這些問題，學生聽課時就有了目標。對于普遍定理的綜合應用部分是動力學中的難點，要給學生講清解題思路，通過一題多解的方式提高學生解決問題的能力。達朗貝爾原理是用靜力學方法求解動力學問題，虛位移原理是用動力學方法求解靜力學平衡問題。