摘要：有限元法已广泛应用于结构的应变,应力及动力学分析,而利用有限元进行刚体机构的运动分析的研究较少。基于最小势能原理,推导出一种新型两端铰接间有限元连杆单元的梯度矢量、刚度矩阵和Hessian矩阵。并对关节轴线平行和共面这两种特殊几何关系下的单元模型进行研究,给出计算公式和方法。在大型可展机构中,大量存在着结构相同的重复机构和闭环运动链。而基于有限元的运动学方法可以在不进行运动链分解的前提下,实现空间闭环机构的运动学分析。利用该方法对三种典型的空间闭环机构进行运动学仿真。其计算结果表明,应用该单元对空间闭环机构进行运动学分析,建模简单,计算正确,在大型可展机构中有很好的应用前景。

关键词：有限元 最小势能原理 铰接 空间闭环机构 运动学 

单位：北京航空航天大学机器人所 北京100191