绳牵引动平台的八杆机构优化设计

设计了一种新型绳牵引动平台。主要包括滚珠丝杠副牵引机构、液压结构、八杆机构、外箱体及其零部件。对于绳牵引动平台的八杆机构,通过相关要求进行尺寸计算,从而得出了各个杆的杆长,采用MATLAB编程的形式,对其尺寸参数进行了合理性校验和运动仿真,并应用Pro/E对其进行了建模。发现通过应用死点法可以提高支持系统的可靠性,通过MATLAB(这里主要应用了反复试数法),对绳牵引动平台的八杆机构参数进行了优化设计。     

1LD-440型深耕犁安全保护装置约束点位置的仿真

利用动力学仿真分析软件ADAMS建立了1LD-440型深耕犁机构的虚拟模型,通过仿真实验与物理实验的比较,对模型进行了验证。通过研究安全保护装置杆JCD与杆KAC的约束点C,杆JCD与杆DE的约束点D对该装置工作性能的影响,得出满足深耕犁工作性能的位置范围。     

挖掘装载机装载工作装置动态应力仿真

挖掘装载机是一种新型工程机械,其装载工作装置是特殊的八杆机构。将连杆、摇臂和动臂均看作弹性体,液压缸和铲斗为刚体,建立了完整的装载工作装置的刚弹性体系统动力学模型。同时建立了工作装置的液压系统模型,通过动力学模拟计算得到了动臂在液压系统驱动下的工作过程中动态应力时间历程与分布特征。这种方法不仅完成了多体系统动力学中刚体与弹性体的有机结合以及机械系统与液压系统的耦合,而且为动臂在设计阶段就可通过模拟计算获得工作过程中的动臂动态应力分布,为评估其疲劳寿命打下了基础。     

脱粒装置对小麦断穗影响的试验研究

本文介绍了纹杆、板齿和钉齿脱粒装置形成小麦断穗的规律,探讨了脱粒装置的结构参数和工作参数对脱粒性能的影响,提出了对不同脱粒装置选择合理的参数,控制断穗率、提高脱粒机综合工作指标、减少损失的途径。试验证明:纹杆、板齿和钉齿单滚筒脱粒装置都可达到一次脱净的目的;改变结构与工作参数,可控制总断穗率,并可改变凹板断穗率与夹带断穗率的比例关系;通过对小麦断穗形成规律和控制方法的研究,也可为清选和分离流程提供设计依据。     

步行式插秧机等径凸轮强制推秧装置反求设计与试验

为解决共轭凸轮推秧装置结构尺寸过大的问题,提出了等径凸轮推秧装置。该推秧装置由等径凸轮控制推秧杆运动。根据推秧杆农艺要求及椭圆齿轮行星系驱动机构构造了推秧杆的理想运动学曲线,建立了该推秧装置的反求模型。基于VB 6.0编写了其反求设计及仿真软件,得到一组满足农艺要求的参数,包括机构参数和等径凸轮廓线。根据这组参数研制了该推秧装置并进行高速录像试验。理论分析及试验结果表明,该推秧装置能够满足推秧杆的农艺要求,且具有比共轭凸轮推秧装置更小巧的结构尺寸。     

七杆式移栽机栽植机构运动学分析--基于 MATLAB

分析了鸭嘴移栽机栽植机构的工作原理与过程,建立了七杆栽植机构的运动学模型。借助 MATLAB 软件对数学模型进行求解,对相关参数进行了优化计算,得到了主要参数的最佳组合,并模拟出栽植点的作业轨迹曲线,对栽植点运动轨迹特点进行了研究,从而直观地分析其作业性能。研究表明,所设计的七杆栽植机构具有良好的移栽性能,能满足移栽作业的农艺要求,为移栽机设计中栽植机构的运动参数和结构参数的确定提供了依据。     

自走式拾膜输送机构设计与试验

拾膜输送机构是残膜回收机具重要工作部件,其工作性能优劣对残膜回收机具影响较大。为了确定拾膜输送机构最佳工作参数,对其进行结构设计、受力及运动分析,并搭建试验台架。针对机具前进速度、杆齿入土深度、杆齿出土角度这3个影响拾膜率的参数进行了三因素三水平Box-Behnken试验,结果表明:三因素对拾膜率影响大小从大到小依次为机具前进速度、杆齿入土深度、杆齿出土角度,且当机具前进速度为0.97m/s、杆齿出土角度为28.03°、杆齿入土深度为98.41mm时拾膜率最优。     

矮化密植红枣收获机捡拾装置的设计

针对红枣人工捡拾劳动强度大、作业效率低、生产成本高等问题,设计了一种矮化密植红枣收获机捡拾装置。该装置与红枣收获机联合作业,能够实现红枣一次性捡拾收获。为此,介绍了捡拾装置的结构与工作原理,并对关键工作部件进行了设计。采用复数矢量法对捡拾机构进行运动学分析,确定了偏心轮、吊杆、连接杆等关键工作部件的结构参数。通过对捡拾拨杆进行运动分析,获得了工作过程中拨杆端点的运动方程,并确定了红枣抛送初速度与偏心轮转速之间的关系,为红枣收获机捡拾装置的试验研究提供了理论基础。     

给定4R开链的八杆机构解域综合理论与方法

针对八杆机构四位置尺寸综合问题,提出了一种解域综合方法。首先根据给定4R开链的4个位置求解出满足要求的解曲线,并根据解曲线的可行区段建立解域。应用提出的八杆机构运动缺陷判断方法剔除解域中存在运动缺陷的机构,最后根据实际要求建立约束条件形成可行解域。设计者可以从可行解域中快速准确地挑选出满足要求的机构。解域综合方法有效地解决了八杆机构四位置尺寸综合问题,为八杆机构的综合及在现实中得到更广泛的应用提供了行之有效的新理论和方法。最后举例说明了八杆机构的四位置综合过程。     

齿轮-五杆取苗装置机构优化与试验验证

为了解决鸭嘴移栽机的自动取苗问题,以齿轮-五杆机构为基础设计了自动取苗装置,通过仿真优化机构参数,获得了理想的取苗轨迹,并优化了机构的动力学特性。在此基础上设计了自动取苗试验台,通过试验验证了齿轮-五杆取苗机构的合理性和可行性。     

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。     

具有耦合分支的两转动两移动并联机构分析与优化

提出了具有耦合分支的两转动两移动并联机构。基于李群理论分析了机构自由度,该机构动平台能输出两个转动运动和两个移动运动;采用闭环矢量法对机构进行了位置分析,求得位置反解;通过速度分析得到机构的雅可比矩阵,在雅可比矩阵基础上对机构的奇异位形进行了分析;采用虚功原理建立了机构的刚度模型,并进行了刚度性能分析;为消除内部奇异产生的刚度退化,在机构上增加了冗余驱动分支,并对添加冗余驱动分支前后机构的刚度、工作空间等性能进行了对比分析。以工作空间内刚度平均值为目标对冗余驱动机构进行了尺度优化设计,结果表明,优化后的冗余驱动机构的刚度性能得到明显提升。     

末端铰接三平动并联机构设计与性能优化

针对高性能3D打印需求,提出了一种结构简洁且高效的三平动(3T)并联机器人。首先,为得到期望的自由度构型,提出一种拓扑演化设计方法,即将一种三平一转自由度(3T1R)并联机构作为初始构型,根据螺旋理论解析该机构自由度及其性质,在此基础上,将动平台向其中心无限缩聚至一点,并使3条支链的末端连杆铰接于该点,进而对机构的末端铰接杆进行再设计,最终演化得到一种仅存在转动副且末端含铰接结构的三平动并联机构。其次,根据输入关节与末端铰接点之间的关系,采用几何投影法和闭环矢量法构建该并联机构的运动学方程,推导其位置正/逆解,并进一步得到速度雅可比矩阵,进而建立速度和加速度映射模型。随后,利用分层切片的搜索算法,预估机器人工作空间,并分析其奇异性。为综合评估机器人性能,对机构灵巧度、速度、承载力及刚度性能指标进行分析,进而提出一种多目标优化设计模型,并据此开展尺度综合,获得最优尺度参数。最后,借助多体动力学软件进行轨迹跟踪仿真校验。研究结果表明,该并联机器人结构简洁紧凑,性能优良,为其后续实体样机制造及实际应用奠定了理论基础。     

并联式球面变胞机构及其完整雅可比矩阵

提出了一种球面变胞机构。该机构采用并联连接方式,由动平台、静平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成,通过变胞支链提供不同约束,机构可演变为正常构态和变胞构态两种机构形式。正常构态时,动平台相对静平台具有3个转动自由度,等效于3自由度球面机构;变胞构态时,动平台具有一个额外的径向移动自由度。以螺旋理论为基础,首先分析机构的自由度数目和性质;其次,构建机构的运动子矩阵和约束子矩阵,并将约束子矩阵和运动子矩阵联立,建立完整的6×6雅可比矩阵;最后,分析雅可比矩阵的秩,得到机构产生奇异位形的条件,研究奇异位形的类型,提出避免发生奇异的方法,为机构设计提供理论依据。     

含双平行四边形结构支链的SCARA并联机构研究

提出了一种含双平行四边形结构支链的新型SCARA并联机构,其包括4条相同支链,具有结构紧凑、承载力和刚度高的优点。首先,基于李群理论对机构的拓扑结构及其自由度进行阐述。其次,构建闭环矢量方程,推导出位置正/逆解,并通过2个数值算例验证位置解的正确性。通过对闭环矢量方程关于时间求导,得到机构的雅可比矩阵,由此建立输入角速度与末端输出速度之间、输入角加速度与末端输出加速度之间的映射关系,并对其进行数值仿真分析。然后,基于位置逆解,运用极限边界搜索法求解机构的工作空间,并绘制相应图谱加以分析。为明确机构动平台的转动性能,进一步研究不同工作平面下的动平台最大、最小转动角的空间分布图谱。在此基础上,借助特征因子构造量纲齐次雅可比矩阵,并利用条件数和可操作度两种方法分析机构的运动传递性能。基于直接和间接雅可比矩阵进一步对机构的3类奇异位置进行分析,明确奇异发生的条件。最后,借助Matlab与ADAMS软件开展仿真实验,验证了理论分析和设计结果的正确性与可行性。     

3—CRPa移动并联机构运动学分析与仿真

提出一种新型3自由度纯移动并联机构,该机构由动平台、静平台以及联接两平台的3条相同的分支运动链组成。基于单开链单元理论分析,计算出机构的自由度,分别讨论了以角位移和线性位移为主动输入形式的机构运动学问题,推导出位置、速度、加速度的解析解。利用Matlab和Pro/E软件分别绘制出机构的位移、速度、加速度理论曲线和虚拟样机仿真曲线,仿真结果证明了理论分析的正确性。尤其是当以线性输入为主动输入时,机构的运动雅可比矩阵为单位阵且条件数恒等于1,所以此时机构在整个工作空间内表现为完全各向同性。     

面向狭长空间的三自由度并联机器人设计与建模

并联机器人因具有刚度大、结构稳定、承载能力大和运动负荷小等优点,在农业和工业等领域得到了广泛的应用。现有大部分并联机器人因支链呈空间对称分布,难以进入狭长空间工作。因此,针对狭长的工作环境,提出了一种新型三自由度并联结构,该机构整体沿一条直线导轨方向布置,减少了垂直于导轨方向的宽度,使之易于放入狭窄的空间内,同时能拥有较大工作空间,并实现3个自由度上的平动运动。通过G-K公式计算机构自由度;验证了该并联机器人设计的合理性;对平台进行了运动学和动力学分析;并根据遗传算法分析其奇异性;通过解析法对机构工作空间进行了分析。研究成果为三自由度并联机器人进入狭长空间工作提供了新的思路与构型。     

以基本运动链为单元的并联机构拓扑结构设计

研究了以基本运动链(BKC)为单元的并联机构组成原理及其拓扑结构设计方法。首先,提出基于BKC的并联机构组成原理表达式;其次,基于BKC的组成原理及其耦合度k的计算公式,设计给出理论上满足k=0~3且基本回路v=1~5的53种BKC基本类型及其解析表达式;其中,最常用的6种BKC基本类型能解析表示出40种BKC拓扑结构,而这些BKC拓扑结构成为常用并联机构的基本组成单元;最后,提出一种直接以BKC为设计单元,同时满足方位特征集(POC)设计目标的并联机构拓扑结构设计的一般性实用方法,并以实例说明。该方法无需综合支链及其在动、静平台之间的拓扑布置,仅含3个步骤,操作简单,具有很好的实用性;与已有的主要型综合理论方法相比,操作简单、方便,具有很好的实用性和普适性。     

一种运动部分解耦的2R2T并联机构运动学与性能分析

提出了一种新型四分支并联机构。采用李群理论对机构进行了自由度分析,该机构能输出两转动两移动运动,可由与机架相邻的移动副驱动。研究了机构的位置模型,推导得到了位置反解和正解的表达式,分析了机构的运动部分解耦特性。求解了机构的雅可比矩阵,基于雅可比矩阵行列式讨论了其奇异位形。绘制了机构的工作空间及内部奇异分布,机构的奇异分布在工作空间边缘,具有很大的转动能力。机构在中间位置两个方向的转角范围分别可达-44°～60°和-35°～52°。对机构进行了运动/力传递性能分析,得到了工作空间内的性能分布情况,以全域传递指标为目标对机构进行了尺度优化。     

3T1R并联机构运动学分析与优化设计

提出了一种可实现三维移动和一维转动的四自由度并联机构,它的2条相同支链通过被动转动副连接到动平台上,每条支链有2个相同分支,通过安装在基座上的移动副驱动。首先,阐述4PPa-2PaR并联机构的构型,通过螺旋理论验证机构的运动性质,基于机构自身特点研究机构的运动学特性;其次,利用数值法确定机构的工作空间,分析各设计参数对工作空间的影响,基于解析法研究机构工作空间的形状及满足的几何约束条件;最后,以工作空间占机构自身的比重为目标函数,设置影响工作空间的约束条件(如边界约束、不干涉性约束、避奇异约束和工作空间形状约束),并选择遗传算法对机构的尺寸参数进行优化设计。分析结果表明,优化后工作空间占机构自身的比重增大,工作空间体积也明显增大,优化结果可为后续样机研制提供参考依据。