具有整周回转能力的3T1R并联机构运动学分析

设计了一种可实现整周回转运动且便于模块化装配的3T1R并联机构。首先,提出一种仅含转动副的二维移动放缩单元,模块化组合与扩展后,构造得到一种平面二维移动放缩机构,将平面二维移动放缩机构作为支链,设计得到一种新型3T1R并联机构;其次,对该3T1R机构进行拓扑结构分析,在保证机构基本功能(方位特征集和自由度)不变的情况下对其进行降耦设计,得到耦合度为1的机构;最后,基于序单开链法对降耦机构进行位置分析,同时,基于导出的机构位置反解公式,分析机构的工作空间和转动能力,并绘制转动能力图谱,根据转动能力图谱筛选出机构可实现整周回转运动的工作空间范围,为该型机构的设计和实际工程应用提供理论依据。     

基于向量内积的机器人实时逆解算法

为提高6R机器人逆运动学求解算法的实时性,提出了一种基于向量内积变换的实时高效逆运动学求解算法.将复杂的矩阵方程转换为含有6个未知关节变量的10个纯代数逆运动学方程,并在方程的简化过程中引入符号运算预处理,避免了大量浮点运算带来累积误差.通过相关方程的优化线性组合,有效避免了5、6两关节变量求解时产生增根的情况,大幅提高了逆解算法的效率.试验结果表明,同等求解精度要求下该逆解算法相比于其他算法具有更强的实时性,得到精确的8组封闭解平均仅需0.014 ms,能满足机器人的在线控制要求.     

前悬挂割草机升降机构设计及运动学仿真

研究设计了一种前悬挂旋转割草机,选定传动与升降机构结合的组合机构作为前悬挂割草机的升降系统。利用虚拟样机技术,建立了前悬挂割草机升降系统三维模型,应用ADAMS软件对虚拟样机进行了运动学仿真,这样可以显著加快设计进度,大大缩短了设计周期。     

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。     

基于改进适应度函数组合法的机器人逆运动学求解

提出基于分离-重构方法获得智能算法的适应度函数,并与解析法相结合求解一般结构多自由度机器人逆运动学,一般结构满足至少一组相邻关节轴线交于一点。利用分离-重构的方法构建分离-重构适应度函数,使用智能算法验证分离-重构适应度函数,求解出部分关节角,再结合解析法求出其余关节角。以一般结构的FANUC CRX-10iA型协作机器人为算例,使用改进的CMA-ES算法验证分离-重构适应度函数,仿真结果表明,在相同条件下求解的点对点运动中,单次平均求解时间为0.0040s,适应度函数值稳定在10-7数量级,且迭代收敛次数稳定在25次左右;在空间中对两种连续轨迹进行跟踪时,单次平均耗时分别为0.0068s和0.0102s,位置误差均稳定在10-7m数量级,且各关节运动曲线平滑,提升了多自由度机器人逆运动学分析的效率和精度。以REBot-V-6R型六自由度机器人为实验对象,基于VC++6.0创建MFC实验平台,进行连续的空间轨迹跟踪实验,仿真与实验结果验证了该方法的有效性。     

障碍物对鲢幼鱼游泳动力学的影响

为了解鱼在复杂水流环境中的运动行为,提升鱼道过鱼效果,实验通过在水槽中放置障碍物,分析不同来流速度(1,3和5 BL/s)(BL/s即体长每秒)下鲢幼鱼顶流静止和顶流前进时的游泳动力学表现,提取的游泳动力学指标有摆尾频率、摆尾幅度、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长。结果发现,半流速度1 BL/s下,与自由来流相比,鲢幼鱼在障碍物后方顶流静止时,摆尾频率降低,摆尾幅度增加;顶流前进时,摆尾频率、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长降低,摆尾幅度增加。半流速度3 BL/s下,障碍物有助于节省鱼类运动能量的消耗。在有障碍物的水流中,顶流静止时的摆尾频率随流速的增加而增加;顶流前进时,摆尾频率、摆尾幅度和游泳加速度随流速增大而增大,而运动步长随流速增大而减小。位置偏好研究表明,当流速为3 BL/s时,鲢幼鱼明显集中在距离障碍物后方约5～30 cm处游动,停留时间占比达92.5%,可能采用了卡门步态的运动模式;当流速为1和5 BL/s时,鲢幼鱼没有表现出非常明显的位置偏好;在自由来流中,鲢常贴壁游泳,亦没有明显的位置偏好,表明障碍物和流速的结合可为鱼类提供水流藏匿场,研究结果为鱼道设计提供重要参考依据。     

Modeling and Kinematics Simulation of Hydro-mechanical Split Path Steering Device of Tracked Vehicle Based on CATIA

Based on the working principle of hydro-mechanical split path of tracked vehicle, a operating gear was developed which was controlled by steering wheel and match with transmission case. Then CATIA software was used to build the three-dimensional model and carry out dynamic simulation of the mechanism. The result indicates that the design of the mechanism fulfills the request.     

链式农田捡石机的设计及运动学分析

针对我国多石山区农田中含有大量砾石的现状,研究出了一种专门用于山区农田捡石任务的链式农田捡石机.该机采用凿式起土铲,辊式输送装置,可以保证在捡拾砾石的同时,将农田土壤及时进行还田,以保证山区农田稀薄的土壤条件少受破坏.同时,利用运动学的方法,对该机作业时砾石的运动特性进行了分析,设计出了砾石捡石时运动的数学模型,为以后农田捡石机的改进和完善提供了参考依据.     

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明：在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%～57.39%,水泵进水条件较差.为改善正向进水泵站前池的不良流态,提出一种利用阵列式隔板整流的措施.采用阵列式隔板整流后,前池内回流与旋涡区得到减小、转移,回流与旋涡区对主流的挤压明显减弱,前池出口断面流速均匀度提高到47.23%～63.17%,水泵进水条件得到显著改善.试验测量结果与数值计算结果基本吻合,数值模拟得到了试验的验证.研究成果可为多机组正向进水泵站的建设运行提供参考.     

基于D-H法的新型巡检机器人的运动学分析

阐述了一种新型的高压输电线路巡检机器人,对其机械结构进行了介绍。用D-H法推导了该机器人的正运动学方程并给出了运动学逆解。经试验证明,该机器人具有跨越所有线路障碍的能力。