基于动力学的Stewart平台振动控制策略研究

针对利用基于运动学控制方法的大负载、高质心Stewart平台实现某一姿态下的单自由度正弦振动时将引起其他自由度上的耦合振动问题,提出了一种在位置闭环控制条件下基于动力学的振动控制策略。该控制策略利用动力学模型所计算的各液压缸出力控制平台振动,提高了控制精度。最后利用Stewart平台在15°俯仰姿态下对该方法进行了实验验证,通过比较运动学和动力学两种控制方法的振动响应,表明提出的控制方法能够有效抑制由负载引起的耦合振动,实现了Stewart平台在任意姿态下的精确振动控制。     

基于Stewart平台的6自由度力反馈手控器

手控器是主从遥操作系统的关键设备,可以向遥操作系统传送位置、姿态、速度和力等多种信息,同时可以接收从机械手的力／力矩信息,为操作者提供力觉临场感。对基于Stewart平台的6-DOF力反馈手控器进行了总体结构设计,该装置的主体由一个6-DOF Stewart平台、电液比例控制系统及控制与检测系统等组成。介绍了系统的各部分组成、工作原理、结构特点;建立了力反馈系统,分析了实现力觉反馈的原理;推导了平台的运动学逆解、动力学正解;研究了结构尺寸与性能的关系。     

基于6-DOF并联平台远端运动在线模拟研究

分析了基于6自由度(6-DOF)并联平台的运动在线模拟技术,以6-DOF运动为研究对象,对6-DOF并联运动平台进行运动建模,阐述了基于6-DOF并联平台的运动在线模拟的实现方法,并实验验证了6-DOF并联平台的运动在线模拟理论与实现方法的正确性。     

播种机关键部件性能测试平台设计与应用

针对缺少系统测试播种机关键部件运行参数和性能指标测试平台的问题,设计了一种播种机关键部件性能测试平台,阐述了该平台的工作过程,确定了其种肥量检测系统、气流供给与检测模块、地轮驱动模块、三点悬挂模块、液压动力模块及显示与控制系统的结构及关键参数,并以Stewart类自由度并联结构设计了模拟地表坡度的运动框架。播种机关键部件性能测试平台空载和各系统模块工作性能测试试验结果表明：该平台可实现排种与排肥过程中8路导种管和导肥管内种肥排出信号及种肥质量检测,可提供排种轴与排肥轴转速为20～120r/min时,高速气送式排种与排肥所需流量为1.6992～2.5575m3/h的输送气流,并可测试排种与排肥环节气流压力与流量、播种机传动系统转速与转矩;通过运动框架可模拟-5°～5°地表坡度中地表不平对播种机排种性能的影响,运动框架设置的倾斜角度与角度传感器测定的倾斜角度偏差率为0～0.25%、往复摆动角度偏差率为0～0.275%,平台运行稳定,满足不同排量的排种与排肥性能测试要求。     

采摘机器人承载平台构型设计与工作空间分析

通过构型演变,设计一种五自由度采摘机器人承载平台机构,去掉Stewart六自由度并联机构的一条驱动支链,得到五驱动支链并联机构。机构采用SPS支链为驱动支链,驱动支链对运动平台无约束。由于仅有5条驱动支链,需增加1条约束从动支链限制运动平台1个空间自由度。为此,采用螺旋理论分析约束从动支链,得到满足不同自由度的从动支链约束螺旋和对应结构,综合出具有不同运动特征的五自由度并联机构。针对此类五自由度并联机构构型,提出了机构构型的符号表示方法,建立了机构的输入与输出关系方程,利用速度Jacobian矩阵研究机构的奇异性,选取无奇异的机构构型为承载平台,并计算了承载平台的工作空间。     

平面柔性并联机构弹性动力学研究

以设计适于高速运行的平面3自由度并联机构为目标,对机构的正向运动学进行了全面研究,得到了机构速度及加速度特性.在给定主动件的运动以后,求得了机构的所有位置正解构型,根据运动连续性的条件,规划出动平台的最佳运动轨迹,揭示了机构的速度和加速度特性.将机构划分成杆单元和平面三角形单元,建立了机构的有限元模型.结合运动学分析,使动平台沿着预先规划的轨迹运动,分析了机构的模态频率和主振型随机构位姿的变化情况.研究机构在主动力和惯性力激励下的动态响应,得到机构弹性位移误差和动应力的变化规律,从而对机构的运动学和动力学性能进行了综合评估.     

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。     

Stewart平台多能域系统动力学全解建模与实验

围绕六自由度Stewart并联平台的多能域动力学建模展开研究。首先,采用旋量键合图建立了电动缸驱动Stewart平台机构本体动力学模型,采用传统键合图建立了伺服电动缸键合图模型,得到了该平台完整的机、电耦合的多能域系统动力学全局模型。其次,给定平台末端轨迹,对比Matlab理论计算、ADAMS软件仿真以及实验实测驱动力结果,验证了Stewart平台机构本体旋量键合图模型的正确性。最后,借助理论计算得到的驱动力,由平台系统多能域动力学全解模型进一步计算得到伺服电机电流,与通过实验得到的电机电流实测值对比,验证了该平台多能域系统动力学全解模型的正确性。为后续包含驱动单元惯性参数和摩擦参数在内的动力学参数辨识以及平台控制研究奠定了基础。     

基于SimMechanics的空间3R机械臂建模与仿真

对空间3R机械臂建立的虚拟样机模型进行模拟仿真。由于对机械臂的运动学与动力学分析较为困难,导致机械臂的控制难度较大,不利于其扩大应用范围。针对三自由的机械臂的动力学问题,使用D-H坐标法建立运动学模型,使用逆运动学规划运动轨迹后,利用MATLAB中的SimMechanics工具箱来建立模型,以便对机械臂的运动进行模拟仿真,然后得到运动的模拟图和各个关节的驱动力矩,并验证模型的合理性。     

基于OpenGL和MATLAB的五自由度采摘机器人动态仿真

为验证运动学分析的正确性,形象直观地反映运动过程,建立了基于OpenGL和MATLAB的采摘机器人可视化动态仿真平台。利用Denavit-Hartenberg方法建立了机器人运动学模型,得到了机器人的运动学正解。采用简化的反变换法求解机器人运动学逆解。采用SolidWorks建立机器人的三维模型,然后通过Deep Exploration将其转换成OpenGL所识别的cpp格式文件。基于VisualC++6.0与OpenGL的仿真平台,对机械手的运动学正解、逆解、抓取动作进行可视化仿真验证。并且利用MATLAB的Robotics Toolbox对机械手的各关节进行轨迹规划。仿真结果表明:D-H法建立的运动学模型反映了采摘机器人的真实运动情况,采摘机器人运动学正逆解正确。     

农业机器人切削过程仿真分析——基于计算机辅助设计

利用6自由度机器人切削加工平台,讨论了该机器人与计算机辅助设计工具的数据链结构,研究了其运动控制过程,并对设计结果进行有效优化。通过介绍切削加工控制系统整体结构,构建了机器人运动学模型,并根据计算机辅助设计工具,对机器人后续优化过程的坐标转换、各关节正逆运动学计算以及机器人运动控制程序生成过程进行了深入研究。同时,对系统进行了ADAMS软件仿真,并完成了3D样件的加工。试验结果表明:该系统可以自动生成机器人运动控制程序的加工指令,直接驱动机器人末端执行刀具的运动,实现零部件的加工生产,可行性高。     

基于支链自由度的并联机构结构综合

以先进制造装备中的机器人工作台为应用背景,研究具有3、4、5自由度的并联机构结构类型。以并联机构各支链的自由度数为基础,以运动副的自由度及运动副形式为依据,综合出具有3、4、5自由度的支链类型和运动输出矩阵形式。同时给出连接静、动平台铰链的几何结构,动平台运动输出类型。以并联机构的运动输出是各支链运动输出的交集为理论基础,提出并联机构的综合步骤,并以三平移—转动的4自由度并联机构为实例进行结构综合。通过ADAMS软件平台,对并联机构建模及仿真实验验证。     

大豆收获机械切割机构虚拟设计与仿真分析

针对于大豆收获机械的特点,采用Solid Works软件对其切割机构进行虚拟设计,将模型导入ADAMS软件中进行运动学仿真,并采用离散柔性连接件法构建大豆茎秆柔性模型,与切割机构进行联合仿真。仿真结果表明:动刀片的绝对运动为复合运动,在切割方向做往复运动,行程为76mm,最大速度为1.72m/s,证明所设计切割机构的运动状态与物理样机相符,满足设计要求;得到了大豆茎秆在切割机构作用下的一系列运动曲线,为大豆收获机械切割机构进一步的改进和优化设计提供了参考。     

无寄生运动3-DOF 2T1R并联机构拓扑设计与分析

为充分研究少自由度并联机构所具备优势,拓宽其应用领域,设计并研究一种含冗余支链且无寄生运动三自由度两平移一转动（2T1R）并联机构,完成运动学和动力学分析。基于方位特征集（POC）的拓扑机构学理论方法,设计了一种含冗余支链且无寄生运动的两平移一转动并联机构,并进行拓扑分析,结果表明：该机构还具有部分运动解耦特性;根据基于拓扑特征运动学的建模方法,求得机构位置正反符号解;又基于位置反解分析了机构奇异性,基于位置正解给出了工作空间;基于虚功原理的序单开链法对机构进行动力学建模,求得了该机构移动副处的驱动力以及两个子运动链(SKC)连接处的支反力;概念设计了该机构的一种应用场景。     

基于智能交流接触器的采摘机器人机械臂设计

在充分考虑机械臂伺服电机智能速度检测装置的结构和闭环运动过程控制的基础上,将智能交流接触器引入到了采摘机器人机械臂关节伺服电机的反馈控制中,并建立了PID闭环反馈调节回路,有效地提高了机械臂的控制精度。同时,将智能交流接触器以速度控制函数的形式嵌入到了PID控制环节,采用ADMAS和MatLab软件对机械臂的轨迹控制精度进行了测试,并利用Mat Lab软件计算得到了关节的控制变量,以Spline形式将变量导入到了ADMAS中对机械臂两关节进行控制。通过仿真得到了机械臂关节的输入和输出位移随时间变化曲线和机械臂末端的运动结果,结果表明:输入和输出的位移基本吻合,并且机械臂末端可以按照预定的圆环轨迹运动,从而验证了智能交流接触器PID控制的控制精度。     

基于MCGS的升降台控制系统设计

针对升降台存在难以精准控制的问题,提出基于MCGS的升降台控制系统设计方案,主要利用PLC控制器控制步进电机带动升降台运动,升降距离由红外测距传感器测量确定,并设计升降台控制系统的主界面和运动参数设置界面,动画显示升降台系统运动过程,实现了实时监控和精准控制功能.升降台控制研究为运动实时控制系统提供了设计基础,可为农业...