基于并联机构的多自由度减振系统模糊控制

采用并联机构为主体机构,以磁流变阻尼器为减振执行器,建立了三自由度减振平台模型.设计了基于模糊控制策略的半主动控制器,对机构的3条支路分别进行控制.采用ADAMS和Matlab软件联合仿真,并与无控状态下系统的振动进行对比,动平台的加速度峰值和均方根值均下降了40%.结果表明,建立的减振系统及所采取的控制算法达到了预期效果.     

四自由度两模式并联机构结构综合与位置分析

为设计可实现一机多用的并联机构,提出了多模式并联机构的结构类型综合方法以及操作模式分析方法。首先利用方位特征集方法,综合得到一类(640种)具有运动分岔特性的4自由度并联机构;然后从中优选出一种机构进行操作模式分析,分析结果表明:机构处于分岔奇异点时动平台瞬时自由度为5,此时采用冗余驱动的方法可引导动平台通过分岔奇异点顺利到达三平移一转动或两平移两转动模式;最后推导了该并联机构处于上述2种操作模式时的位置正、逆解分析方程,得知位置逆解方程和三平移一转动模式时的位置正解方程均可解析求解。     

Delta并联机器人弹性动力学研究

采用有限元理论建立Delta并联机器人柔性构件的运动微分方程,结合机构的运动特点,规定了结点位移的方向,得到机构系统的动力学模型.将机构的真实运动看作名义运动与弹性振动的叠加,同时将动平台的位置和方向误差看作名义运动的摄动,得出动平台位形误差与结点位移的关系方程.在实例中,综合考虑重力、惯性力及阻尼共同作用下的动力响应,得到机构模态频率在工作空间的特性,对动平台的6维误差进行了全面评估.     

3-PRC并联机构的运动轨迹规划与仿真

利用螺旋理论对具有三角平台的3-PRC并联机构进行了运动性分析,应用并联机构逆运动学分析理论,对3-PRC并联机构动平台的运动轨迹进行了分析研究。由齐次坐标变换公式推导出其运动学反解计算公式,进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上施加的运动规律。最后,借助UG创建了该机构的装配模型,通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

两平移两转动多自由度减振平台设计与试验

采用两平移两转动并联机构为减振平台主体结构,在并联机构主动副处辅以弹簧阻尼装置,运用反向自适应原理,实现两平移两转动多自由度耦合振动衰减。对两平移两转动多自由度减振平台进行了系统结构设计、理论分析和ADAMS仿真分析,并制作样机进行了试验分析。样机仿真和试验分析结果表明,两平移两转动多自由度减振平台设计理论和分析方法是正确可行的。     

空间4-UPS/RPS并联机构动态静力分析

为了对空间4-UPS-RPS五自由度并联机构进行受力分析,采用达朗贝尔原理建立了并联机构的动态静力学方程,进而对机构受力情况进行了分析。首先,推导出了4-UPS-RPS并联机构的位置反解、速度反解和加速度反解的表达式;然后,应用达朗贝尔原理建立了4-UPS-RPS并联机构的动态静力学方程,导出了机构中5个驱动力;最后,分别利用Matlab理论计算与ADAMS虚拟样机仿真得到机构驱动杆的驱动力和动平台上球面副约束反力的变化曲线,验证了所建动态静力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPS并联机构驱动力和运动副反力的求解和结构设计提供了理论依据,也为其他空间并联机构的受力分析提供了可行的方法。     

并联机构多维减振座椅的结构参数设计

提出一种新的车船用并联机构多维减振座椅模型;首先利用旋量法建立机构的雅可比矩阵,同时以减振座椅位姿能力为前提,考虑座椅在运动中的平稳性限制了动平台的运动能力;然后在给定工作空间内以机构的减振空间和全域性能两个目标进行定量评价,运用粒子群算法得到优化目标值的Pareto图解;最后运用ADAMS对结果进行仿真分析,验证座椅模型具有良好的减振性能。     

五自由度并联机器人机构动力学模型

提出了4-UPS-UPU 5自由度并联机器人机构,建立了机构的动力学模型.推导了UPS和UPU支链的运动学反解的解析方程,并建立了各个构件速度与动平台速度的映射关系;推导了各个运动构件的外力对应于5个驱动杆的等效驱动力,然后用虚功原理推导了4-UPS-UPU并联机器人机构的动力学模型,为支链中驱动力和约束力矩的求解以及整个机构的动力学分析奠定了基础.最后结合机构的工程应用实例,采用Matlab编程对动力学模型进行了实际计算,并绘制了机构驱动杆驱动力和约束力矩的变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性.     

3—PUU并联机构激振台设计与仿真

为解决传统激振台不能实现多维同时振动的问题,基于并联机构组成原理,设计了用于中小型试验件振动测试的并联机构激振台,分析了3-PUU型三维纯平移并联机构的运动特性,通过计算得出了正、逆解析解.在ADAMS中建立该并联机构的虚拟样机模型,并通过仿真验证了并联机构激振台的可行性.     

基于共形几何代数的并联机器人逆运动学分析方法

运动学分析是并联机器人运动学性能评估和结构尺寸优化的基础。现有并联机器人运动学分析方法存在几何建模与几何计算相分离的问题,本文利用共形几何代数(Conformal geometric algebra, CGA)集几何表示和计算为一体的优势,提出一种并联机器人逆运动学分析方法。根据动平台位姿参数给出动平台刚体运动算子,通过共形几何代数框架下的几何积实现动平台上任意点的刚体变换,得到任意点在运动过程中的共形几何表达式;结合机构中尺寸、几何约束,利用内积运算,建立机构运动学方程;根据运动学方程,进行运动学反解计算和速度分析。以3自由度的3-RPS并联机器人和6自由度6-UPS并联机器人为例,对所提方法进行验证,并将逆运动学推导结果与仿真软件所得结果进行了对比,验证了本文提出方法的正确性。该方法将空间向量和旋转表示等几何对象与矩阵乘法、矢量外积等计算方式相结合,使得并联机器人空间几何问题统一在一个代数系统中进行处理,因此分析过程几何直观性较强,简化了运动学逆解分析计算过程。     

基于MRFD的车载仪器并联减振半主动控制实验

采用3-PRRP~((4r))并联机构作为主体机构,在机构移动副处的主负荷方向上辅以磁流变阻尼器(MRFD),采用LQR最优控制算法对装置进行半主动控制,从而实现对车载仪器的多维减振.实验结果表明,该MRFD多维减振机构具有良好的多维减振效果.     

车辆并联机构座椅三维减振研究

针对车辆座椅的三维振动,提出采用三平移并联机构作为其主体机构,运动学分析表明在垂直方向具有较大的工作空间,且机构的Jacobian矩阵与垂直位移无关,适合作为车辆三维减振座椅.机构的模态分析结果表明,系统的3个固有频率避开了人体的敏感频率,可以使人体具有较好的乘坐舒适度.最后对系统进行了动态灵敏度分析,确定了系统设计参数对座椅固有频率的影响情况,更好地满足了车辆对座椅动态特性的要求.     

基座运动对并联调整机构动力学性能的影响

以上海65 m射电望远镜六自由度并联调整机构为研究对象,研究基座运动对并联调整机构动力学性能的影响。首先阐述了并联调整机构的构型与位姿状态;然后分析了基座运动对动平台和驱动分支受力的影响,计算了基座运动引起的动平台和驱动分支惯性力和惯性力矩的变化,并分析计算了基座运动过程中引起的重力矢量方向的变化;进而采用具有高实时性特点的Kane方法分别建立了基座固定和基座运动两种情况下并联调整机构的动力学方程,最后分别采用Matlab和ADAMS软件仿真分析了基座运动对机构动力学性能的影响。仿真结果验证了所建动力学模型的正确性,同时也发现基座运动对此类机械系统动力学性能影响较为明显,在结构强度校核和控制系统参数设定时应加以考虑,以提高控制系统的准确性和结构强度的可靠性。     

振动筛两平移两转动并联机构的运动学分析

为适应不同作物清选的需要,提出了一种可满足多种作业需要的空间振动筛思想.并设计了该振动筛的主体机构.该振动筛采用四自由度并联机构作为主体机构,能方便地调节振动筛的振幅和振动方向.该并联机构包含4条支路,其中2条支路为R-R-P型结构,另外2条支路为R-R-R-R-P型结构.以该机构的动平台为振动筛的筛面,能实现2个方向的移动,以及绕2个方向轴线的转动.应用转换矩阵对该机构进行运动学建模,并给出了该机构运动学的正解和反解.结果表明可以将此机构应用于振动筛.     

仿腕关节柔顺并联打磨机器人设计与试验

根据柔性并联机构逆向自适应运动原理,设计了一种3转动输出的3SPS+S仿腕关节柔性并联打磨机构,建立了机构运动方程,得到了柔性支链变形量与动平台姿态的关系;分析了柔性支链的变形力以及打磨工具打磨力、输出力矩情况,并建立力学模型;以打磨工具姿态变化和打磨力恒定为目标,对建立的三维模型进行仿真,并通过样机模拟得到机构的工作参数范围;仿真和试验结果表明,这种打磨机构可根据工件曲面几何形状的改变而实时改变打磨工具姿态,在有效控制力的前提下可保持打磨头和工件间的接触打磨力不变,该机构设计简单、运动灵活、方便控制,具有较好的应用价值。     

3-P(4S)并联平台振动特性分析与实验验证

为了研究3-P(4S)并联平台作为振动台的应用前景,根据其动力学模型构建了振动方程,并根据其驱动器特性对振动方程进行简化处理,得到其固有频率和正则固有振型,并在ADAMS仿真软件上对理论振动模型进行了仿真验证,误差范围在0.5%以内。对3-P(4S)并联平台的振动特性进行了分析,包括固有频率随运动位置变化特性和灵敏度特性。通过力锤敲击法进行了3-P(4S)并联平台的模态实验,对实验所得的时域信号进行傅里叶变换得到频域波形,其固有频率的实验值和理论计算值的误差在3%以内,验证了理论分析,说明3-P(4S)并联平台可应用于振动模拟及振动测试等领域。     

基于几何代数的并联机构自由度自动化分析

基于R(3,3)几何代数,提出一种符号描述并联机构自由度的自动化算法。首先根据螺旋副之间的几何关系,利用R(3,3)几何代数能符号描述刚体运动的优势,自动求解并联机构各支链螺旋系;然后利用R(3,3)几何代数能符号表示集合交集和并集的优势,自动求解动平台运动空间,该运动空间为所求并联机构自由度的符号表示式;最后基于C++软件平台对这种并联机构自由度自动化求解算法进行验证。使用R(3,3)几何代数不仅能通过刚体运算法则得到支链螺旋系的符号表达,同时可以直接求解动平台运动空间,省去一般螺旋理论求互易螺旋需求解线性方程的过程,算法简洁,可以得到并联机构自由度的符号表达式,从而实现自动化分析。     

空间柔性闭链机器人动力学建模与振动仿真

空间闭链机器人的柔性连杆在高速运行状态下产生的弹性变形对系统振动效应具有重要影响。为准确分析柔性连杆对空间柔性闭链机器人振动特性的影响,采用有限单元法对柔性构件进行离散,基于浮动坐标系法描述构件位移场,最后通过Lagrange方程建立空间刚柔耦合闭链机器人动力学模型及振动方程,并分析系统固有频率和振型函数。基于同等参数,利用ADAMS/Vibration模块建立了空间刚柔耦合闭链机器人的自激振动仿真模型,研究系统固有频率和对应模态的变化,以及不同激振力作用下的频率响应特征。结果表明:理论模型和仿真模型的动平台运动轨迹基本一致,并且理论模型与振动仿真模型的固有频率也具有一致性,验证了振动仿真模型建立的正确性。随着激振力幅值的增大,系统响应增强。同一激振频率动平台质心处Y方向响应最大,X方向次之,Z方向最小。其中,系统第11、12阶模态对应的系统变形量最大,对应的激振频率为40~60 Hz。