基于改进复合三角函数的伺服压力机轨迹规划研究

为使伺服压力机具有良好的拉深性能,需要对其轨迹进行合理规划。针对六连杆大型伺服压力机,构建一种主传动机构轨迹规划方法。基于库伦-粘性摩擦模型,建立主传动机构的高精度动力学模型。考虑冲压过程中的工艺约束和要求,提出基于复合三角函数的伺服电机加减速控制的改进模型。针对主传动机构的能耗和效率进行分析,以滑块运动的周期能耗和生产节拍为优化指标,通过线性加权的方式构造多目标优化函数,引入机械手送料时间、滑块最大速度、主动件角速度、伺服电机动态限和热极限等约束,采用遗传算法完成了多目标优化设计。结果显示：优化后,伺服压力机主传动机构在一个周期的能效提升4.54%,生产节拍时间减小3.23%,实现了良好的拉深工艺模式。     

冗余并联机构运动学性能分析与优化

研究了一种4自由度—虎克铰—移动副—球铰/转动副—移动副—虎克铰冗余并联机构的运动学性能评价指标和优化设计,建立了该并联机构的雅可比矩阵,得到了该机构的3个不同的运动学性能评价指标,即条件数、最小奇异值和可操作性,在此基础上,定义了评价不同位形下运动学综合性能的全局灵巧度系数指标,并分别研究了不同性能评价指标在并联机构工作空间内的分布规律。最后,基于全局灵巧度指标,利用遗传算法对冗余驱动并联机构的结构参数进行了优化设计。为该冗余并联机构的结构设计奠定了理论基础。     

5自由度空间并联机构运动学优化设计

定义了一种能综合评价不同位形下并联机构灵巧度的指标——平方平均灵巧度系数,分别考察了4-UPSRPS空间并联机构的定平台和动平台上铰链点的分布角、定平台铰链点分布圆的半径以及动平台铰链点分布圆的半径对平方平均灵巧度系数的影响规律,并据此对这些参数进行优化设计,得到该并联机构定平台铰链点的均布角为π/2,动平台铰链点的均布角为2π/5,定平台上第1个铰链点到定坐标系原点的距离为650 mm,定平台上其余4个铰链点分布圆的半径为800 mm,动平台上铰链点分布圆的半径为160 mm。仿真结果表明,经过优化设计,4-UPS-RPS空间并联机构的平方平均灵巧度系数指标比优化前明显增大,运动学性能得到了较大改善。     

基于给定工作空间的球面变胞仿生关节机构优化设计

研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆解模型,得到其速度映射模型和雅可比矩阵。其次,在逆解模型的基础上,研究机构工作空间与机构尺寸关系,根据分布规律对工作空间大小进行优化,确定预设工作空间。最后,根据承载力和刚度性能评价指标对给定工作空间下的机构进行尺寸优化设计,分别给出每种性能指标较好的尺寸范围,综合两种指标,得到机构最佳设计尺寸。     

盒形零件一次拉深成形极限的研究

通过大量的实验证明，我国现用的盒形件在一次工序内能拉深出的最大相对高度（Ｈ／Ｂ）、盒形件角部的第一次拉深系数（ｍ＿１）等资料与实际有效大的出入。作者认为一次能拉深出的最大相对高度比原资料可提高约３０％～６０％，角部第一次拉深系数可降低３０％～５０％，在生产条件下，零件的破损率为１％～２％。     

3-P(4S)并联机构分析与多目标性能优化

针对3-P(4S)并联平台,首先对其进行了位置反解,提出了由BP神经网络和拟Newton法相结合的混合数值法,并以此对机构进行了位置正解,求解精度可达到10-8数量级,求解时间在20 ms内。然后通过对位置解求导可得到机构动平台和分支杆件的速度和加速度。根据运动学分析的结果,应用牛顿欧拉方法构建该机构的动力学模型,并对机构的数值算例进行了动力学仿真验证。最后综合考虑机构的动力学性能、刚度性能和速度性能,分别推导了其评价指标,并应用改进的加权求和法对该机构进行多目标的尺寸优化。通过多目标的尺寸优化,该机构的动力学性能和速度性能提升了2倍,刚度性能提升了3倍。     

空间转动型并联机构动力学性能指标分析

通过建立冗余驱动4-SPS-1-S型并联机构的速度映射解析方程,求出机构的Jacobian矩阵;引入并定义承载力与驱动性能作为机构的动力学性能评价指标,建立了衡量并联机构承载能力和驱动性能的解析方程,结合具体算例仿真分析了该并联机构的两类动力学性能指标在任务空间的分布规律,对机构进行了动力学性能评价。研究结果表明,该机构的承载力与驱动性能指标在运动过程中呈现出较好的各向同性,在任务空间内具有较好的动力学性能。     

基于运动学分配性能的并联机构优化设计

根据给定的并联机构末端执行器的任务要求,在其结构参数优化设计中,为保证各分支运动学传递性能相对均较优,利用离差的性质,定义了局域和全域运动(速度)、力及功率分配性能指标,以此反映各分支共同承担负载要求的能力。对于单驱动分支功率输出,探讨了速度和力两个可变的物理量对功率的作用大小,并定义了运动、力作用系数,以此对机构的工作空间进行了分析。最后以用作姿态调整部件的3-RPS空间并联机构为例,对上述指标进行了详细的求解,在改进的设计空间中叠加性能图谱,优化了机构的结构参数尺寸,同时求出了相应的工作空间。     

月壤采样试验验证机构运动性能研究

为开展月壤采样试验,设计了一种可以实现姿态调整的3自由度并联机构,根据机构运动特点,采用修正的KG(Kutzbach-Grübler)公式计算机构的自由度,利用封闭矢量法求解该机构位置逆解,并建立机构速度、加速度和可操作度性能评价指标。提出一种基于速度性能与可操作度性能为目标,采用多目标遗传算法优化机构结构参数,对优化后的结构参数进行分析,得到该机构工作空间、速度性能、奇异性和可操作度性能。研究表明:动平台姿态α、β在-0.35~0.35 rad时,机构速度性能最好;可操作度性能指标均在[4,5]区间范围内,不会产生奇异位形,有较好的可操作性能,验证该机构能够满足月壤采样试验功能要求,对开展月壤采样试验验证具有一定的实用价值。     

空间转动4-S(P)S-1-S型并联机构动力学性能指标分析

通过建立冗余驱动4-SPS-1-S型并联机构的速度映射解析方程,求出机构的Jacobian矩阵;引入并定义承载力与驱动性能作为机构的动力学性能评价指标,建立了衡量并联机构承载能力和驱动性能的解析方程,结合具体算例仿真分析了该并联机构的两类动力学性能指标在任务空间的分布规律,对机构进行了动力学性能评价.研究结果表明,该机构的承载力与驱动性能指标在运动过程中呈现出较好的各向同性,在任务空间内具有较好的动力学性能.     

3T1R解耦并联机构动力学与惯量耦合特性分析

对一种3T1R解耦并联机构的动力学性能及其惯量耦合强度进行了分析。对机构进行运动学分析，给出了机构的位置正反解方程，得到动平台的雅可比矩阵，推导了机构各构件的速度、加速度；基于牛顿-欧拉法，考虑构件重力以及外负载，建立了机构逆向动力学模型，并用ADAMS软件进行了仿真验证；基于所建的逆向动力学模型，分析了加速度和动平台姿态角对支链驱动力的影响；基于关节空间的惯量矩阵，建立了惯量耦合强度评价指标，分析了其在工作空间内的分布规律，并与降耦前Quadrupteron机构的惯量耦合强度进行了对比分析。结果表明，结构降耦不仅降低了支链间的耦合强度，而且整个工作空间内惯量耦合强度的分布更为一致，提升了机构动态性能的各向同性。     

导向探测机构的结构优化及试验

为了解决圆盘式甜菜联合收获机的导向对行收获问题,分析了导向探测机构的结构及特点,确定了影响导向对行效果的关键参数。以弯角α、安装角β及导向杆长度L1为试验因素,导向机构的通过性为评价指标,进行探测机构导向性能的单因素模拟试验,确定了弯角α、安装角β及导向杆长度L1的取值范围。同时,以导向损失率为指标进行田间正交试验,确定了导向系统的较优参数组合。试验结果表明:弯角α对导向机构的导向效果影响显著,当弯角α为135°、安装角β为8°及导向杆长度L1为230mm时,导向系统的导向损失率为4.82%,符合甜菜收获机的技术指标要求。     

4-SPRR-SPR并联机构运动性能评价与尺寸优化

以一种空间五自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,结合实际应用工况对其进行运动性能评价与尺寸优化。建立并联机构的运动性能评价指标——运动/力传递性能,基于螺旋理论求解机构的输入螺旋、输出螺旋和传递力螺旋,并将其从局部坐标系进行坐标统一,通过增广矩阵法,得到机构的单位输出运动螺旋。将该并联机构作为搅拌摩擦焊机器人的主进给机构,并以焊接汽车铝合金轮毂为例,以优质工作空间(GTW)、全域传递指标(GTI)作为优化目标,基于遗传算法求解并联机构的尺寸最优值,绘制LTI性能图谱。研究结果表明,优化后的机构不仅其优质工作空间GTW明显增大,出现0.9的区域,而且全域传递指标GTI也得到相应的提高。     

3-PUS-PU柔顺并联机构运动学分析与优化设计

提出一种具有高精度、高刚度的3-PUS-PU柔顺并联机构,并对该机构进行运动学分析及优化设计。根据柔性铰链结构与机构间几何关系,对3-PUS-PU柔顺并联机构的运动原理进行阐述,并分析了该机构运动特性。采用空间闭环矢量法建立机构的运动学模型,对机构的输入-输出关系和速度特性进行了分析。基于力学理论,通过求解柔性铰链的极限转角,对机构的工作空间进行分析。根据机构的工作要求,提出定位精度指标和紧凑性指标,并进一步分析机构几何尺寸参数对其性能指标的影响。基于提出的性能指标,采用粒子群优化算法对机构的结构尺寸参数进行优化设计。结果表明,相比优化前,优化后的柔顺并联机构的定位精度提高25%,紧凑性提高81%,机构整体运动性能有了较大的提升,为后续样机研制提供了参考依据。     

棉花气吸滚筒式穴播器二次投种机构设计与试验

针对棉花气吸滚筒式穴播器因投种性能不稳定而造成排种质量下降的问题,在气吸滚筒式穴播器的取种盘和鸭嘴之间增设二次投种机构,通过重新规划种子运动路径,降低投种点高度,减少了漏播和重播现象,提高了气吸滚筒式穴播器的排种性能。在保证气吸滚筒式穴播器取种方式不变的前提下,依次对二次投种机构的安装位置、种道轮廓和出入口的结构参数进行设计和分析,并采用离散元法对种子运动轨迹、运动速度和排种性能进行了仿真,阐明了漏播和重播产生机理。以合格指数、漏播指数和重播指数为评价指标,进行了三因素二次旋转正交组合试验,分析了安装角、作业速度、内种道高度对排种性能的影响。结果表明：安装角对合格指数的影响最大,内种道高度对合格指数的影响最小;当安装角为10.95°、作业速度为3.29km/h、内种道高度为16.68mm时,排种性能最佳,此时合格指数为98.40%,漏播指数为0.85%,重播指数为0.75%。田间试验表明：优化后二次投种机构的气吸滚筒式穴播器的合格指数为98.06%,较普通穴播器提升2.21个百分点。     

基于虚关节法的3T1R混联机构静刚度特性分析

基于虚关节法和构件有限元分析建立了考虑驱动副、滚珠丝杆副、线性导轨和运动杆件弹性变形的3T1R混联机构静刚度矩阵模型。通过在构件末端添加多自由度虚拟关节的方式来等效构件的弹性,将支链等效为一系列刚性构件,通过主动副、被动副以及虚拟关节连接的形式,给出了运动关节和虚拟关节变量对机构末端位姿的映射,应用虚功原理得到机构静平衡方程,推导了机构在一定外载下的刚度矩阵模型,采用无量纲变换法定义了局部线刚度和角刚度评价指标与全局线刚度和角刚度评价指标,据此分析了混联机构在典型位姿和工作空间域内的静刚度性能,并利用有限元仿真验证了刚度模型的准确性。结果表明,所建半解析刚度模型具有较高的精度;机构z向线刚度在工作空间内关于x=y轴线对称分布;机构x向、y向的线刚度沿x轴、y轴方向不变,具有解耦性;机构线刚度远大于角刚度。     

小麦秸秆还田机粉碎装置性能影响因素试验与优化

利用设计的秸秆还田机粉碎装置进行了粉碎试验。以壳体包角、喂入速度、动定刀间隙为试验因素,秸秆的粉碎质量、粉碎功耗为试验指标,建立了粉碎质量和粉碎功耗的数学模型。随着喂入速度、壳体包角的增加和动定刀间隙的减小,粉碎功耗增大,粉碎质量提高。利用回归方程和主目标法,进行了参数的优化设计,结果为:粉碎室包角为70°、喂入速度为46.5m/s、动定刀间隙为10mm。     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥器结构优化与性能试验

为了优化水肥一体化灌溉施肥机并提高其吸肥性能,在分析文丘里吸肥器工作原理基础上,依据经济流速流量对照表,综合考虑施肥装置及管路系统的沿程损失与局部损失,以吸肥流量为评价指标,应用CFD数值计算对影响系统吸肥性能的关键核心部件文丘里吸肥器的渐缩角α、渐扩角β、喉部直径d0进行单因素性能优化设计,获得了3个主要结构参数对其吸肥性能的影响规律;通过三因素三水平的正交试验方案,得出基于CFD数值计算的文丘里吸肥器最优结构参数组合,渐缩角α为20°、渐扩角β为8°、喉部直径d0为6 mm,且当吸肥管与文丘里主管道呈40°倾角时吸肥性能最优。模拟数据与水肥一体化灌溉施肥机运行数据表明,CFD数值优化后的文丘里吸肥器吸肥流量提高约38.6%,与模糊自动控制系统相配合的水肥一体化灌溉施肥机的吸肥流量总体提高约47.6%,节能效果显著。     

冗余驱动的三平动并联机构性能分析与优化

提出一种冗余驱动的三平动并联机构。利用李群理论和修正的Grübler-Kutzbach公式对机构的输出自由度进行了分析。建立机构的位置方程,得到位置逆解和正解表达式,分析机构的运动部分解耦特性。推导机构的雅可比矩阵,并进行奇异分析。分析机构的工作空间。采用螺旋理论和虚功原理,建立机构的动力学模型,得到驱动力的优化分配,驱动力理论分析与仿真计算结果最大偏差为0.6%。建立机构的运动学评价指标和动力学评价指标,并研究尺度参数与机构性能间的映射关系。基于性能图谱对机构的尺度参数进行优化,提高其综合性能。     

空间转动3-SPS-S并联机构运动学性能分析

提出了将空间三维转动3-SPS-S并联机构作为隧道管片安装机器人的微调机构,对该机构进行了运动学性能分析。在建立机构运动学模型,求解机构的位置逆解及其雅可比矩阵基础上,建立了局部刚度、局部灵活度和驱动性能3项性能评价指标。结合具体应用对该机构进行了运动性能评价。分析结果表明该机构具有良好的运动性能,能满足工程需要。