基于螺旋理论的球面并联机构动力学解析模型

提出了一种应用螺旋理论建立球面五杆并联机构动力学解析模型的方法。应用螺旋理论导出了球面五杆机构的一、二阶影响系数。基于凯恩方程和数值一符号方法，把机构的广义坐标以及构件的惯性参数和几何参数处理为符号量，将动力学模型矩阵的推导问题转化为特定条件下运用运动学和动力学公式求解驱动力的问题，建立了球面五杆并联机构的动力学解析模型。给出了动力学模型矩阵元素的解析代码生成和仿真计算实例，并讨论了球面机构的构件尺寸参数和惯性参数对机构驱动力矩的影响。     

3-RRPaR并联机构刚体动力学建模与分析

针对一种具有冗余结构的3-RRPaR并联机构,根据拉格朗日乘子法建立动力学模型,进而对冗余并联机构进行动力学分析。首先,分析了3-RRPaR并联机构的结构特征,确定了冗余结构的结构构型;然后,利用闭环矢量法建立并联机构的逆运动学模型,利用拉格朗日乘子法建立并联机构的动力学模型;最后,利用Matlab分别对并联机构空载和加载时的动力学方程进行数值求解,绘制了动力学响应曲线,根据拉格朗日乘子与约束力矩的关系求解出驱动杆的驱动力矩,将计算结果与ADAMS虚拟仿真结果进行对比分析,验证了动力学建模方法的正确性。结果表明,动平台加载后,驱动杆的驱动力矩也随之增大,但其数值变化规律与空载时基本相同。本研究为该并联机构的动力学控制和机构性能研究奠定了基础,也为其他结构冗余并联机构的刚体动力学建模提供了方法和思路。     

喷雾机药罐液体纵向晃动等效力学模型建立与应用

针对高地隙自走式喷雾机在复杂工况下，药罐液体发生的纵向晃动对整机平顺性及作业质量影响难以探明的问题，基于液体晃动动力学特性及机械模型等效准则，建立了可描述药罐液体纵向晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型，并利用力学等价原则，对模型参数进行了求解。应用Fluent流体仿真软件建立罐内液体晃动仿真模型，并通过台架实验验证了其仿真结果能够反映真实的液体晃动冲击作用。应用Matlab/Simulink软件，建立等效力学数值解析模型，结合Fluent仿真结果对比分析了充液比为0.1、0.5、0.9时液体纵向晃动作用在容器壁的力矩变化规律，验证了所建等效模型的准确性。将所构建的等效力学模型应用于喷雾机垂向动力学特性分析，得到药液晃动和药液质量变化对整机行驶平顺性有较大影响且充液比为0.8时整机行驶平顺性较差的结论。     

基于拉格朗日的冗余驱动并联机构刚体动力学建模

针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用拉格朗日法建立4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的动力学模型,为并联机构驱动力的求解以及整个机构的动力学分析奠定基础;最后结合算例,采用Matlab编程对动力学模型进行数值计算并绘制了机构驱动杆驱动力变化曲线,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。研究不仅为4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构动力学优化设计和控制等后续研究提供了理论依据,也为其他冗余驱动并联机构的动力学建模提供了可行的方法。     

Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构的函数优化综合研究

对平面六杆间歇机构的函数综合进行了研究,以简单曲线自适应逼近的平面连杆机构优化综合方法为基础,通过预先综合出的基础四杆机构,将三种类型的六杆间歇机构近似函数综合问题统一归结为特定二级杆组RRR、RRP或RPR的综合,建立了统一的优化综合数学模型。     

五自由度混联机构圆弧插补算法研究

提出了一种由两自由度并联机构和三自由度串联机构构成的五自由度混联机构-2SPU+U+RRR。建立了该混联机构的三维模型并搭建了试验样机,通过分析将其等效为U+RRR串联机构。对等效后的U+RRR串联机构进行运动学正反解分析,并验证了正反解求解的正确性,同时对两自由度并联机构进行了运动学反解计算,为机构控制奠定了理论基础。针对传统空间圆弧插补算法计算的复杂性,提出了一种基于等弧度数据采样的新型空间圆弧插补算法,简化了插补算法的计算量。通过Matlab仿真和样机实验,验证了上述插补算法的正确性。     

一种变截面攀爬机器人夹持机构的设计分析

为攀爬锥形杆状建筑物设计了一款新型的爬杆机器人的夹持机构,采用双弹簧和气动推杆结构和柔性体贴合壁面的设计实现了夹持功能。研究了夹持机构受力情况,并且建立了柔性体的变形方程。采用动力学仿真软件ADAMS完成夹持过程仿真,分析了机器人在夹持过程中柔性体应变和等效应力变化情况。分析结果表明：夹持机构柔性体最大应变量为0.226,夹持机构能够贴合建筑壁面,达到适应杆径变化的效果。     

Y型果树动力学模型假设与分析

果树振动动力学模型分析是果树振动动态特性研究的基础。通过对Y型果树(变侧主干形果树)在不受外部载荷作用下的自由振动及受激振力作用下的受迫振动,进行动力学模型分析;在参考Y型果树形态特征的前提下,对模型进行简化,建立振动微分方程,并给出求解微分方程的方法,得到了Y型果树自由振动下振型函数的解析解表达式及系统的各阶响应。在此基础上,对模型进行等截面处理,建立Y形果树受迫振动的动力学模型,对其建立微分方程,给出求解微分方程的方法,得到了Y型果树受迫振动下振型函数的解析解表达式及受迫振动的各阶响应,为果树动态特性研究和果树振动采收机械的工作参数设定提供理论数据。     

基于有限元分析的EPS助力电机轴等效刚度确定

在建立电动助力转向系统数学模型时,各部件的特性参数对其性能影响很大;电动助力转向系统的助力电机通过蜗轮、蜗杆减速后实现对驾驶员助力,而蜗轮、蜗杆传动机构通过橡胶缓冲套支撑在轴承上,且蜗轮与蜗杆啮合属接触问题,用工程力学无法计算电机轴等效刚度,从而在产品开发阶段建立电机动力学模型时其等效扭转刚度很难确定,本文基于有限元法对该机构等效刚度计算方法进行了研究,该算法还可用于根据系统性能要求确定机构形状和尺寸。     

六自由度虚轴机床神经网络位置伺服控制

针对永磁直线伺服电机（PMLSM）驱动的六自由度虚轴机床，提出利用基于神经网络的位置伺服控制器对电机动子加速度进行控制的方案。为抑制对电机动子加速度影响较大的杆问耦合扰动的影响，将负载扰动和杆间耦合扰动整合为一个对象，并等效为电机动力学参数的变化，利用观测器进行在线观测，结合神经网络位置伺服控制器进行调整，从而较好地提前抑制了速度与位置误差。所设计的神经网络位置伺服控制器结构简单，权值调整方便，计算量小、响应速度快。仿真实验表明该方法对虚轴机床各杆的位置、速度、加速度实现了精确的跟随控制，系统具有很强的鲁棒性。     

基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机节能控制

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象，分析其拓扑结构特点及工作特性，构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型，以整机等效燃油消耗量最小为目标，电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量，建立基于庞特里亚金极小值原理的节能控制策略，基于Matlab仿真平台对该节能控制策略进行仿真试验。结果表明：与基于最佳经济性曲线的节能控制策略相比，所制定的基于庞特里亚金极小值原理节能控制策略能够合理控制柴油机和电机的运行状态，使柴油机、电机工作在高效率区，有效降低了拖拉机田间作业时的等效燃油消耗量。旋耕工况下，等效燃油消耗量降低10.44%;犁耕工况下，等效燃油消耗量降低11.20%。     

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.     

空气悬架V型推力杆静动态特性分析

V型推力杆是空气悬架导向杆系中常用型式之一,为研究其静态和动态特性,用ADAMS多体动力学软件建立了整车虚拟样机,并对V型推力杆在极限转弯工况下的载荷进行了计算;将计算结果作为有限元分析的初始边界条件,在ABAQUS中进行了静态强度分析,获得了其变形及应力分布情况。此外还利用ABAQUS对其进行了模态分析,给出了其前八阶固有频率和振型,所得结果为V型杆结构的设计及改进提供了理论依据。     

模糊可靠性分析的等效正态隶属函数法

针对模糊可靠性分析难以获得解析解,而用数字仿真法求解过于复杂的问题,提出了将非正态模糊变量变换为等效的正态模糊变量,建立一种统一的模糊可靠性分析方法。给出了几种对称型隶属函数的等效正态隶属函数,并通过算例对等效前后隶属函数曲线以及模糊失效事件的概率进行了比较,表明了此方法具有较好的精度。     

基于串联式Triple—LET的LEMs滑块机构分析

设计了一种基于串联式的Triple-LET新型柔性铰链,给出了该铰链的三维结构,并对其进行了弯曲等效刚度的理论分析,推导了该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式并给出了修正系数。基于修正的弯曲等效刚度理论计算公式,对设计实例进行了分析计算,同时建立了该设计实例的有限元仿真模型,通过理论计算结果和仿真分析结果的比较,验证了该铰链设计的可行性。将该新型铰链应用于LEMs柔顺滑块机构的设计中,建立了该机构的基于修正弯曲等效刚度的伪刚体模型,并加工了该串联式Triple-LET铰链的滑块机构铍青铜实物模型,理论计算和实测结果基本一致,验证了理论模型的正确性和机构设计的可行性,同时也表明该滑块机构在工作状态具有较大变形,能保持较好的稳定性。     

Deform-X柔性铰链设计与分析

设计了一种Deform-X柔性铰链,利用微积分的思想分析了其等效刚度,推导了Deform-X柔性铰链弯扭耦合等效刚度的理论计算公式。通过一组实例的理论分析和ABAQUS仿真分析,验证了Deform-X柔性铰链等效刚度理论计算公式的正确性。选取外形尺寸相同的X型柔性铰链与Deform-X柔性铰链进行了性能比较分析,在相同转矩作用下,Deform-X柔性铰链弯曲变形转角约为X型柔性铰链的3倍。分别对X型柔性铰链和Deform-X柔性铰链进行了弯曲失效分析,结果表明Deform-X柔性铰链的可使用范围大于X型柔性铰链。设计了基于Deform-X柔性铰链的平面折展四杆机构的实物模型,通过实物测试和仿真分析表明Deform-X柔性铰链能够实现预期变形。最后,对尺寸相同的基于X型柔性铰链的四杆机构和基于Deform-X柔性铰链的四杆机构在相同力矩作用下的变形进行了分析,结果表明基于Deform-X柔性铰链的四杆机构变形更大。     

基于微分平坦与自抗扰控制的伸缩臂抖动抑制研究

采用主动抑振系统快速抑制冲击作用下的套叠结构臂体振动。考虑到臂体末端变形量不易测量的问题,将伸缩臂模型等效为由扭簧连接的两刚性杆系统,以变幅力矩为输入、两杆仰角为输出,建立拉格朗日动力学模型。将第1杆仰角与第2杆末端加速度合成微分平坦输出,构建单输入、单输出的二阶系统。采用线性自抗扰控制器,根据杆长变化实时更新扩张状态观测器和控制回路参数,使系统参数的物理意义明确,简化了整定过程。仿真和实验结果表明,在不同臂长条件下,均能实现2 s内消除抖动并保持仰角设定值稳定的效果。该方法整定过程直观、简便,在简化模型条件下,根据外伸长度调整控制系统参数,保证了系统的抗扰能力持续有效。     

3-PRR柔性并联机构动力学分析

提出一种可应用于微/纳操作领域的3-PRR柔性并联机构,基于Euler-Bernoulli梁理论,采用假设模态法,分析支链上从动杆的柔性,结合实例说明了将从动杆视为刚性杆处理的依据.为进一步分析各构件惯量参数和柔性构件刚度对系统固有频率的影响,采用拉格朗日方程建立了修正的机构动力学振动微分方程,并结合实例进行分析,利用仿真计算验证了所建模型的有效性.     

基于机电等效法的曲线轨道波磨仿真研究

根据机械二阶系统和电子二阶系统广义共振分析机械振动冲击的等效原理,利用机电等效方法把车辆构架—轨道振动力学模型等效成车辆—轨道振动等效电路模型,再使用TINA仿真软件对此模型进行了曲线轨道波磨情况的仿真分析,通过不同车速情况的仿真结论对比,提出了预防与缓解波磨的最佳车速数学模型。     

RRR冗余并联机器人驱动力优化

为了在机构中实施内力控制,提出了一种基于功率优化的驱动力分配策略。首先,提出一种冗余平面并联机器人运动学和动力学分析的方法。用螺旋理论推导了机构雅可比矩阵,基于牛顿〖CD*2〗欧拉公式计算主元点的惯性力螺旋,用虚功原理构建动力学公式。然后,基于力优化,分别分析了4〖CD*2〗RRR机构和3〖CD*2〗RRR机构的驱动力,比较结果表明4〖CD*2〗RRR的驱动力峰值有所下降。最后,基于功率优化,对4〖CD*2〗RRR的内力和驱动力进行优化,得到了机构内力和驱动力的变化规律。