空间转动三自由度并联微调机构设计与运动学分析

根据并联机器人机构综合理论,设计了一种能实现重载情况下空间转动的三自由度并联微调机构,由运动平台、固定平台、驱动支链及从动支链组成,具有平衡稳定、承载能力强、位置精度高的特点.通过对该机构的运动学研究,求出其运动学位置逆解、正解及速度解.借助Matlab软件进行了运动学仿真分析,并提供了该并联机构在盾构管片拼装机上的应用实例,证明该并联机构可实现重载情况下空间微调精确定位.     

平面弹性欠驱动并联机构刚度特性分析

根据多维运动模拟的需求,提出一种包含螺旋圆弹簧(圆柱形螺旋弹簧)的欠驱动运动模拟台。利用螺旋圆弹簧的轴向和横向刚度约束运动模拟台的工作空间,通过两个驱动分支和动力耦合实现其3个自由度的运动。将螺旋圆弹簧等效为RePeRe弹性运动支链,进而将并联运动模拟台等效为2RPR/2RePeRe弹性欠驱动机构,并利用Grassmann线几何分析该机构的输入选取原则。基于旋量及其迁移公式,建立等效机构的运动学模型。借助于影响系数和虚功原理,对该弹性欠驱动机构进行静力学分析,得到其静力学约束方程。最后,建立了该机构的连续非线性柔度模型,并以此为基础得到其方向刚度模型。     

基于螺旋理论对水稻插秧机2UPR/SPS并联机构的自由度分析

【目的】针对水稻插秧机的作业效率,课题组提出一种并联机构来提高水稻插秧机的作业稳定性和可重复性。【方法】建立2UPR/SPS并联机构,通过螺旋理论对该机构的每条支链的自由度类型进行了分析,由于动平台两个R副和一个S副的布置,对每条支链建立了坐标系,建立了每个支链的运动螺旋系,根据互易原理,分析了每个支链的约束螺旋系。根据每条支链的约束螺旋系,列出并联机构的约束螺旋系,再进行互易,最终得到动平台的运动螺旋系。【结果】该并联机构具有两个自由度,可实现动平台在z轴方向的移动,在移动的过程中可实现绕着z轴旋转,符合水稻插秧的动作要求。【结论】由于该并联机构具有良好的稳定性和可重复性,将其应用于水稻插秧机,将有利于提高水稻插秧机的作业效率和稳定性,而且对此并联机构的分析为今后水稻插秧机结构的研究奠定了一定的基础。     

4-UPS/UPR并联机构动力学分析

基于车辆在行驶过程中的运动特性,提出了一种耦合型4-UPS/UPR并联机构作为车辆运动模拟台。应用螺旋理论分析了中间约束分支对上平台的约束作用,并基于Grassmenn线几何分析了机构的铰链点布置对机构奇异的影响。利用旋转矩阵的运动算子功能对机构的耦合运动特性进行了分析。基于旋量速度、加速度,建立了机构运动学模型,并利用刚体的牛顿-欧拉公式建立了机构(包括各个分支)详尽的动力学模型,并给出了相应的数值算例进行验证。     

大型重载并联稳定接货平台动力学建模

大型重载并联稳定接货平台对于海上集装箱货物的安全转运发挥着重要的作用。根据需求设计了一个具有3个变形剪叉分支的并联稳定接货平台,该变形剪叉分支具有行程放大的功能,其由1个含子闭环的运动链URRRUU和2个SPS驱动单元构成,当分支中的2个驱动单元同步驱动时,变形剪叉分支与RPS运动链等效。在非惯性系下,首先基于矢量法分析了并联稳定接货机构上平台的伴随位移、速度和加速度,相应求得该机构的位置解;然后基于螺旋理论建立了该机构的运动学和动力学解析模型;最后通过数值算例验证了所建运动学和动力学模型的正确性,为此机构的后续结构优化和控制奠定了理论基础。     

四自由度混联机器人运动学分析与仿真

根据串联机构和并联机构的特点,以两平移一转动并联机构为主体,设计了一种四自由度混联机器人,该机器人动平台自由度为三平移和一转动,同时,在并联机构动平台和虚拟固定平台间增加一辅助支链,该辅助支链具有独立的转动自由度。与具有同样运动特性的并联机构相比,该机器人的工作空间大,转动灵活。分析了该机器人的运动学特征,求出其位置正反解析解,利用运动影响系数对其速度和加速度进行了系统研究,并进行了动态仿真验证。     

直线电机驱动六自由度并联机构动力学特性研究

直线电机驱动的六自由度并联机构可以实现高精度宽频带运动,在惯性单元校准、振动测试等领域具有广阔的应用前景。为了减小直线电机驱动对六自由度并联机构造成的幅值衰减问题,对机构进行动力学前馈控制分析。首先利用牛顿-欧拉法建立并联机构的动力学模型,简化动力学方程获得机构驱动力关系,在实验平台上进行实验,验证动力学模型准确性。利用传统运动学控制系统,结合动力学模型,设计一种动力学前馈控制方法,降低给定轨迹运动误差。实验结果表明,直线电机驱动的六自由度并联机构增加动力学前馈控制后,在沿X、Y、Z轴进行单自由度正弦运动时,运动误差分别下降55.5%、54.2%、59.8%。     

六面体可展机构自由度与运动特性分析

针对一种空间多环耦合六面体可展机构自由度分析问题,提出了选取动平台、建立等效串联分支、构建等效并联机构,进而基于并联机构自由度分析理论得到六面体机构自由度的分析方法。首先,选取多个构件组成的运动链整体作为动平台,基于螺旋理论建立动平台的所有运动等效串联分支;然后,减少动平台所含构件数,重新建立等效串联分支;最终将原机构等效为动平台仅由1个构件组成的传统并联机构。这样逐渐降低了原六面体机构的耦合度,从而降低了其自由度分析的难度。建立了六面体可展机构的仿真模型,通过施加不同的驱动对六面体机构的运动规律进行了分析,并讨论了该机构的折叠性能。本研究为此六面体机构的力学特性分析奠定了基础,提出的自由度分析方法为其他多面体可展机构自由度分析提供了思路。     

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。     

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.     

推拉式气垫运载平台转向运动分析

针对一种新型的仿生步行气垫车－推拉式气垫运载平台，就其特殊形式的行走机构和车辆非连续运动的特点，研究其转向运动规律。采用力学分析和数学分析相结合的方法，得到气垫平台步进转向角α与左右油缸行程差的关系曲线，并应用最小二乘法拟合出输入输出关系方程式。最后，给出了软、硬地面条件下车辆转向运动试验结果及比较分析。     

背压对液压马达效率影响的探讨

以斜轴式轴向柱塞液压马达为例,建立液压马达效率的数学模型,分析背压对其效率的影响,通过仿真计算和效率测试,得到定负载和定转速下不同背压时的液压马达效率。结果表明,背压的存在,使摩擦转矩增大,液压马达机械效率降低,特别是低负载工况下效率降低更为严重;背压对容积效率影响较小。     

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。     

分流式柔性铰六维力传感器刚度分析与结构优化

针对目前已有六维力传感器的不足,基于并联机构设计了一种分流式柔性铰六维力传感器。阐述了传感器的结构,通过等效法和微元法建立了其静力和刚度模型,对刚度模型进行了有限元仿真验证。基于遗传算法进行了结构优化设计,得到了传感器各向同性最优时的结构参数。最后对传感器进行标定实验。实验结果验证了静力模型的有效性,得到了传感器测量精度。传感器测量误差在1. 05%以内,能够精确测量未知外载的六维分量。     

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。     

基于牛顿欧拉法的2UPS-2RPS并联机构逆动力学分

2UPS-2RPS为具有两种不同支链结构的4自由度并联机构,具有结构简单,制造成本低,控制容易等优点。由于自由度数目少于6,机构的支链不仅传递驱动力,同时还向末端提供约束力,因此在对机构动力学控制及尺度和截面参数动力学优化时,驱动力和约束力分析都是必要的。本文运用牛顿欧拉法建立了该机构的逆动力学方程。在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解得出所需驱动力和约束力矩,并给出仿真实例。     

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。     

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.     

轮-腿复合移动机器人RUPU-RUPR球面并联腿机构动力学研究

提出了一种二自由度球面并联腿机构,并以该机构为基础,设计了一种结构简单且越障性能良好的轮-腿复合移动机器人。阐述了该机构的组成,采用解析几何法和闭环约束方程构建了RUPU-RUPR球面并联腿机构的位置逆解、工作空间、速度和加速度模型,并验证了其准确性。运用牛顿-欧拉法建立了RUPU-RUPR球面并联腿机构的动力学模型。在给定动平台的运动规律和外力后,通过动力学方程求解出RUPR驱动支链驱动力,RUPU驱动支链驱动力矩以及RUPR驱动支链约束力矩,并给出动力学模型仿真解。结果表明该机构具有良好的工作性能。     

并联油液型混合动力挖掘机发动机转速控制方法

通过对并联式油液混合动力挖掘机的原理和结构分析,提出一种改进的油液混合动力结构方案。采用双向液压马达代替二次调节泵,通过不同开关阀组合控制辅助动力系统回路。利用Simulink对该系统建模后,获取相应元器件尺寸参数及控制参数。采用双转速工作点切换的控制策略,在改装后的油液型混合动力挖掘机上进行实验。实验中利用整合负载预测的发动机转速PID控制方法对发动机目标转速、辅助油液动力系统输出扭矩进行调节。仿真和实验分析表明,该发动机转速控制方法可以有效改善油液型混合动力系统中发动机转速波动,使之稳定在高效燃油区域内,综合节能效果提高14%。