多刚体系统运动学分析的自然坐标法及在悬架运动学分析中的应用

本文介绍了一种适用于计算机分析的多刚体系统运动学分析的自然坐标法。利用自然坐标描述多刚体系统时,只需要一些点和一些单位向量,刚体的约束方程和运动副的约束方程组成了多刚体系统的运动学约束方程。约束方程均为线性或二次方程,因此求解方便。文中利用该方法分析了Maepherson悬架的轮胎横向滑移量、主倾内倾角等与车轮上、下跳动距离的关系。     

基于完全笛卡尔坐标的机构动力学计算机分析

介绍了一种用于平面和三维机构运动学和动力学分析的新方法 ,该方法基于完全笛卡尔坐标的参考基点和参考基矢量描述系统的位置和姿态 ,而不需要角度坐标。约束方程可以通过系统的各构件刚体条件和联接构件的关节铰或运动副的约束条件获得。由于约束方程仅是二次代数式 ,因而雅可比矩阵是线性的 ,可以大大提高计算效率。通过仿真算例表明 ,该方法解决机械系统机构动力学问题是有效的。     

基于完全笛卡尔坐标的机构动力学计算机分析

介绍了一种用于平面和三维机构运动学和动力学分析的新方法,该方法基于完全笛卡尔坐标的参考基点和参考基矢量描述系统的位置和姿态,而不需要角度坐标,约束方程可以通过系统的各构件刚体条件和联接构件的关节铰或运动副的约束条件获得,由于约束方程仅是二次代数式,因而雅可比矩阵是线性的,可以大大提高计算效率,通过仿真算例表明,该方法解决机械系统机构动力学问题是有效的。     

球坐标测量系统测量模型

针对球坐标测量系统,提出1种基于机器人运动学的建模方法,建立其包含几何误差的精确测量模型。在分析球坐标测量系统几何误差源的基础上,基于准刚体假设,运用齐次坐标变换矩阵,通过坐标系之间的运动变换,建立了球坐标测量系统精确的测量模型。该模型包含球坐标测量系统20项几何误差,为进一步进行误差辨识和误差补偿奠定了理论基础。     

空间6R串联机械手逆运动学分析的新方法研究

为了解决空间6R串联机械手的逆运动学问题使用矩阵方法建模时,需要进行矢量运算或投影运算的问题,基于四维旋转矩阵和倍矩阵,提出了一种建模新方法。根据三维空间刚体变换的四维旋转矩阵和倍矩阵表示,建立空间6R串联机械手的正运动学方程。通过变量分离,直接得到14个逆运动学基本约束方程;通过线性消元和Sylvester结式消元,将其转化为求解一个16阶矩阵的特征值问题,得到该问题的16组解。采用数值实例和SolidWorks仿真验证了新方法的正确性。新方法的优势在于可以直接得到14个逆运动学约束方程,不需要进行矢量运算或者投影等,并且由于新方法将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换,故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。     

基于拉格朗日乘子法的Delta并联机器人简化刚体动力学建模方法

针对广泛应用于高速抓放操作的Delta并联机器人,提出了一种基于拉格朗日乘子法的刚体动力学建模方法,并利用约束方程的全微分求解出了动力学模型的显示表达式。建立了机器人的逆运动学以及刚体动力学模型,考虑机器人从动臂臂杆为轻质碳纤维杆,两端为较重的金属附件的特点,建立了简化刚体动力学模型。并针对机器人常用的高速抓放轨迹进行仿真,将简化前后的2种动力学模型与ADAMS仿真结果进行对比。     

基于QR分解的少自由度并联机构运动学及刚度分析

基于矩阵QR分解,提出一种具有通用性的少自由度并联机构运动学建模方法,建立少自由度机构正、逆一二阶影响系数矩阵,同时得到了少自由度并联机构操作端的速度、加速度的约束方程及一二阶约束矩阵。基于虚功原理,建立少自由度机构的柔度模型,并在此基础上推导出少自由度并联机构在各维方向刚度表达式。分析3RPS机构的运动学输出的耦合性,建立其柔度模型及方向刚度模型,并验证了此机构的结构约束对运动学的影响。通过机构在移动方向刚度及转动方向刚度的球面坐标分布,直观地描述少自由度并联机构的结构约束对其刚度性能的影响。     

基于物理属性的虚拟装配过程

针对虚拟装配系统中存在仿真程度不够高的缺点,提出基于物理属性的虚拟装配过程研究。通过分析虚拟装配过程对零部件物理属性的需求,建立零部件物理属性模型,给出确定零部件各物理属性以及自由运动状态的方法,分析碰撞响应对运动状态的影响。研究虚拟装配系统中装配对象间的交互过程,使用多刚体系统动力学分析方法对零部件装配过程中的动力学以及运动学进行分析,给出装配对象的运动学与动力学方程。通过把抽象的约束关系转换为基本约束方程表达运动副约束,并把运动副约束用于装配对象的运动分析。提出基于碰撞与静力学的稳态分析方法研究零部件达到稳定状态的条件。应用实例表明上述方法有效可行。     

一种新型凸轮-连杆组合分度机构的运动学分析

针对自动化机械要求实现高速分度的需求,提出一种新型的凸轮-连杆组合分度机构。在系统分析该机构的结构与传动原理的基础上,将其在运动学上等效为以组合分度机构的输入、输出构件为驱动构件的五杆机构。在此基础上,采用多刚体运动学分析方法,推导了系统的约束方程,进而建立等效机构的运动学分析模型,得到了各构件在一个分度周期内的运动规律。文中研究可为该机构的运动学设计及动力学分析奠定基础,采用的多体运动学分析方法可为同类机构的运动分析提供借鉴。     

新型三自由度并联机器人奇异位形研究

针对一种新构型的3-RRRT并联机器人奇异位形进行了研究,提出了一种建立运动学模型与研究奇异位形的方法,利用并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统广义坐标的方法,推导了机构运动学模型和计算奇异位形的条件方程,在此基础上,提出运用浮点遗传算法和拟牛顿法相结合的混合遗传算法在MATLAB上编制奇异位形仿真程序,得到3-RRRT并机器人奇异位形分布情况,此结论对3-RRRT并联机构的运动控制及轨迹规划有重要意义.     

一类含弹性连接的空间多刚体振动系统的动力学建模与应用

对一类具有弹性连接的空间多刚体振动系统建立动力学模型.对弹性元件的位置采用坐标表示方法,运用牛顿法和卡尔丹角的表示方法, 描述空间状态下的多刚体、多自由度系统.应用该模型分析大型双质体非线性共振筛,通过设备的低阶固有频率特征和不同测点在工作方向上的振幅及运动轨迹验证模型,模拟调整设计参数后设备不同点的振幅与轨迹,分析设备工作时倍频情况的产生原因.理论结果与实际测试基本一致.文中结果可用于此类设备的动力学性能分析及优化设计.     

完全笛卡尔坐标描述的机械系统动力学分析及软件研究

用完全笛卡尔坐标描述机械系统的刚体位形 ,导出机械系统的运动学和动力学数学模型 ,研制了相应的仿真软件。通过对算例进行的动力学分析与仿真计算 ,表明该方法及软件的有效性     

Kinematic analysis of the multi-link five-point suspension system in point coordinates

In this paper, a numerical algorithm for the kinematic analysis of a multi-link five-point suspension system is presented. The kinematic analysis is carried out in terms of the rectangular Cartesian coordinates of some defined points in the links and at the joints. Geometric constraints are introduced to fix the relative positions between the points belonging to the same rigid body. Position, velocity and acceleration analyses are carried out. The presented formulation in terms of this system of coordinates is simple and involves only elementary mathematics. The results of the kinematic analysis are presented and discussed.     

复杂参数曲面刀具轨迹铺放算法

结合空间填充曲线法与等残留高度法的优点,提出了一种新的刀具轨迹铺放算法。对u和v方向的等残留高度路径进行叠加求交,用参数变量代替笛卡尔坐标进行自由曲线求交,速度远高于包络面求交法。将每相邻的四个交点作为一个路径回路,通过综合条件判断回路合并方向,使得合并过程满足哈米尔顿回路要求,最终合并得到的哈密尔顿回路即为刀具路径。该方法能够生成近似最短并且连续的刀具轨迹,缩短了自由曲面加工的时间。通过实例验证了该方法的有效性。     

基于最大内接圆法的圆度误差测量实现方法

介绍了一种在直角坐标系下利用最大内接圆法评价圆度误差的方法,建立了圆度测量模型。针对圆度误差最大内接圆评价,提出了一种最大内接圆心搜索方法,达到了快速、精确评价的目的,实现了在直角坐标系下三坐标测量机对圆度误差的最大内接圆法评价。     

大刚体姿态计算及多轴同步协调控制技术

大刚体的姿态计算及其高精度控制是飞机、舰船等大型机器总装生产线的关键技术。针对一种六自由度的大刚体的姿态控制系统提出一种快速的姿态计算方法和高精度的多轴协调控制方法。以基础平台建立固定坐标系,以大刚体的中心建立连体坐标系,在此基础上建立大刚体姿态计算数学模型,通过测量大刚体上4个靶标的初始位置和目标位置,就可计算出大刚体4个支撑柱的三坐标的位移增量;在多轴同步控制技术中,引入同步误差积分补偿方法(CSEI),通过同步误差在相反方向的控制作用,可显著提高大刚体姿态调整的速度和精度。仿真表明,所提出的姿态计算方法和CSEI控制方法快速有效,对工程应用具有指导意义。     

基于完全笛卡尔坐标O(N)次正向动力学研究

采用刚体等效质点力学模型,提出一种基于完全笛卡尔坐标快速求解链式机械臂惯量矩阵逆的新方法。选取系统独立变量坐标和完全笛卡尔坐标描述约束方程中不变化的变量作为广义扩展坐标,通过完全笛卡尔坐标与广义扩展坐标变量间的速度映射关系,得到广义扩展坐标表达下质量矩阵的表达形式。该质量矩阵及其逆矩阵的计算演变为对等效质点分别计算求和的过程,实现了机械臂正向动力学的O(n)次的高效率计算。通过与传统的罗伯森-维滕堡方法进行精度和计算效率的比较,验证了本研究内容的准确性和高效性。     

三叉杆式联轴器中叉杆传递的圆周力及轴向力计算

通过建立正确的动力学坐标系，以方向余弦矩阵为工具，成功地解决了三叉杆式联轴器中输出的受力问题；推导出在理想状态下，此类型联轴器输出轴的受力情况，及影响其动力性能的各种因素。给出了此类型联轴器最佳的适用角度范围。     

基于滑块的三叉杆式万向联轴器的运动分析

通过建立数学模型、利用空间坐标系的相互转化、方向余弦矩阵方法对三叉杆滑块式万向联轴器的关键部件——滑块进行运动分析，得出了滑块的速度和加速度表遮式和曲线图。为以后的三叉杆式联轴器的研究提供数学理论依据。     

Subsystem synthesis methods with independent coordinates for real-time multibody dynamics

For real time dynamic simulation, two different subsystem synthesis methods with independent generalized coordinates have been developed and compared In each formulation, the subsystem equations of motion are generated in terms of independent generalized coordinates The first formulation is based on the relative Cartesian coordinates with respect to moving subsystem base body The second foimulation is based on the relative joint coordinates using recursive formulation Computational efficiency of the formulations has been compared theoretically by the arithmetic operational counts In order to verify real-time capability of the formulations, bump run simulations of a quarter car model with SLA suspension subsystem have been carried out to measure the actual CPU time