考虑关节间隙的空间机械臂臂杆振动特性研究

基于ADAMS动力学仿真软件,建立含间隙关节空间机械臂的动力学仿真模型,改变关节间隙尺寸和刚度系数等相关参数,获取不同关节间隙尺寸下的空间机械臂动力学响应;通过搭建含间隙关节的空间机械臂实验台,采用改变臂杆端盖孔径的方法改变关节间隙尺寸,分析不同关节间隙尺寸下的空间机械臂臂杆的输出振动特性。仿真与实验结果表明:臂杆末端的加速度和关节的接触碰撞力会随着空间机械臂关节间隙的增大而逐渐增大,但增幅会逐渐减小;空间机械臂关节间隙的增大还会导致关节内碰撞加剧,引起更大的能量损失。这可为提高含间隙空间机械臂的控制精度提供参考。     

考虑柔性关节的刚柔耦合机械臂的优化设计

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据"线性扭簧模型"和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。     

基于同步提取变换的旋转机械振动信号时频分析北大核心

为提升工业现场采集摩擦故障振动信号时频分辨率,采用小波变换、短时傅里叶变换、同步挤压变换和同步提取变换(SET)4种时频分析算法对多分量仿真信号和旋转机械的摩擦故障振动信号进行时频分析,并对同步提取变换算法原理进行详细介绍。通过实验与其他3种算法Renyi熵值进行比较。结果表明:针对多分量仿真信号,利用SET算法可有效去除能量发散现象、混叠和端点效应,与原始多分量仿真信号的真实时频谱一致,在时间分辨率和频率分辨率上均实现了最优;针对现场摩擦故障振动信号,利用SET可以很好地抑制摩擦故障信号中的背景噪声,得到的时频图时频聚焦性较好,同时能量发散情况得到极大改善,在时频图中可以清晰地看出摩擦故障信号对应的频率。     

基于套索驱动机械臂柔性伺服系统抑振控制

套索驱动机械臂中的独立关节伺服系统受到时变位姿和关节柔性的影响,会出现振动的问题,进而影响机械臂的运动精度。采用模糊整定的控制策略,通过提高伺服系统的转角控制精度间接的抑制机械臂的振动。首先,根据套索传动原理建立了机械臂柔性关节伺服传动系统的动力学模型,求得系统速度环中负载转速到电磁转矩的传递函数;其次,根据极点配置策略适当选取机械臂位于不同位姿下的比例积分(PI)控制器参数,并应用模糊整定控制策略实现控制器参数的实时调整;最后,通过数值仿真和机械臂控制实验,验证了方法的有效性。结果表明,所提出的控制策略可以更好地抵消转动惯量变化引起的速度波动,从而改善柔性关节的转速输出。     

考虑关节摩擦的刚柔耦合机械臂末端抖动模拟与分析

为了解关节摩擦对刚柔耦合机械臂末端抖动的影响，解决机械臂的优化设计问题,利用ANSYS、ADAMS软件建立机械臂刚柔耦合模型，并在ADAMS中进行动力学仿真。通过进一步创建考虑关节摩擦的机械臂虚拟样机模型，对机器人末端振动特性进行动态模拟与分析。仿真结果表明：在机器人实际工作过程中，关节2和关节3存在摩擦对机器人末端抖动的影响最显著；在考虑多关节摩擦时，关节2和关节3共同存在摩擦时可使得机器人末端非周期性抖动幅值减弱，且当关节2摩擦因数取01时机器人末端抖动表现最弱，但关节3摩擦因数的改变几乎不会引起机器人末端抖动情况的变化。     

基于Hilbert Huang变换的空间机械臂振动特性研究

为深入分析机械臂的振动特性,采用了一种自适应性的信号分析方法 Hilbert-Huang变换(HHT),先对信号时频图进行了分析,并计算了本征模函数(IMF)的方差贡献率,实现了信号能量比的定量分析。分析结果表明:随着转速增加,机械臂的共振现象削弱,弹性形变量增大。     

一种多关节轻量化离散驱动机械臂的设计与研究

基于单马达驱动技术设计了一种5自由度的多关节轻量化离散驱动机械臂,机械臂各个关节采用离合器进行控制,多个关节共用一个驱动电机。针对机械臂特殊的传动链结构所造成的关节运动耦合特性,进行分析并提出了补偿措施。为研究机械臂的振动特性,利用ANSYS仿真软件对机械臂进行了模态分析,仿真结果表明机械臂激励频率远离其固有频率。通过对机械臂进行运动学正反解,并利用MATLAB进行仿真分析得到该机械臂能够通过关节联动的方式实现复杂运动轨迹。     

基于Simulink Real-Time的dVRK机械臂实时控制研究

为提高dVRK外科机器人控制系统的快速响应性和控制实时性,基于D-H参数模型建立dVRK 七自由度机械臂的连杆模型。计算机械臂的齐次变换矩阵,为机械臂的实时控制提供参考。基于MATLAB/Simulink建立机械臂各关节的PID位置控制半实物仿真模型,实现机械臂末端的实时定点控制。结果表明：所提系统可实时准确地完成外科机器人机械臂的数据采集和相关控制算法的验证。     

机床齿轮箱变速器振动特性分析及优化研究

针对机床在运行过程中需要平稳少振的特点,以某型号的机床齿轮箱变速器为研究对象,分析齿轮箱变速器振动的成因及理论减振方法。利用MASTA软件建立齿轮箱变速器仿真模型,对其进行齿轮耦合模态分析和阶次跟踪分析,得到关注频率内的共振参数和动态啮合力、啮合柔度相位及大小的变化曲线,确定变速器的谐波啮合阶次和响应峰值频率。通过游隙控制分析,获得游隙对齿轮箱变速器振动特性的影响规律,得到不同轴承对响应峰值的作用规律和不同游隙下各谐波阶次对应响应峰值的变化规律。结果表明：优化后的响应峰值显著降低,齿轮传递误差减小,改善了齿轮箱变速器的振动特性。     

含间隙非线性的工业机器人关节振动特性分析

为了探明关节间隙对工业机器人振动特性的影响，建立含间隙非线性的关节机电耦合动力学模型，对该系统间隙稳定性进行数值分析，随后对关节重要零部件开展扭转振动特性仿真研究，并搭建单关节摆臂试验台进行间隙测试。根据采集到的电流信息参数，提出一种基于力矩观测器的间隙补偿策略。间隙实验测试结果与关节系统谐振频域响应的仿真结果验证了所提含间隙关节模型的准确性，且通过补偿前后电流信号的实验结果证明了该补偿策略对提高关节系统稳定性有效。     

转子偏心效应下大范围转动弹性梁外激励非线性动力学行为与振动机制

为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用时、频域分析法解析转子偏心效应下弹性梁的振动机制以及外激励下的频谱响应特性。研究结果表明：外激励响应在转子偏心效应下会衍生新的低频谐波分量,转速和激励幅值的增加会导致频域内多个低频谐波分量高于主振,易引发不同程度的间歇性振动;外激励频率提高会引起频域谱峰后移,数值仿真5~35 Hz频段的外激励,当频率为25 Hz时其低频谐波分量是主振幅值的2倍,高达0.181 mm,进而呈现明显的外激励突发性激振。因此,借助时、频域分析可有效解析具有随机性的间歇性或突发性振动产生机制,可为大型旋转柔性机械的动力学优化设计提供重要的理论基础和数据支持。     

Time–energy density analysis based on wavelet transform

Energy is an important physical variable in signal analysis. The distribution of energy with the change of time and frequency can show the characteristics of a signal. A time–energy density analysis approach based on wavelet transform is proposed in this paper. This method can analyze the energy distribution of signal with the change of time in different frequency bands. Simulation and practical application of the proposed method to roller bearing with faults show that the time–energy density analysis approach can extract the fault characteristics from vibration signal efficiently.     

基于小波包和支持向量机的滚动轴承故障模式识别

为了解决对故障轴承的特征提取和故障特征准确分类问题,提出了应用小波包变换和支持向量机相结合进行滚动轴承故障诊断的方法.小波包变换具有良好的时-频局部化特征,非常适于对瞬态或时变信号进行特征提取.而支持向量机可完成模式识别和非线性回归.利用上述原理根据轴承振动信号的频域变化特征,采用小波包变换对其提取频域能量特征向量,然后利用建立的支持向量机多故障分类器完成滚动轴承故障模式的识别.试验结果表明,支持向量机可以有效、准确地识别轴承的故障模式,为轴承故障诊断向智能化发展提供了新的途径.     

基于三次B样条的六自由度液压机械臂轨迹规划北大核心

六自由度液压机械臂具有更高的负重比,但由于液压关节存在响应时滞,易导致机械臂末端执行器行进轨迹出现偏离。为此,提出一种基于三次B样条函数的轨迹纠偏算法。利用改进的D-H参数法标定液压机械臂关节的空间位姿坐标,构造三次B样条函数。根据B样条曲线中当前节点向量的分布,确定相关的示教点与控制点,得到节点向量随时间变化的序列值;对分割后的B样条进行插值处理,可有效纠正液压机械臂的轨迹偏离现象。结果表明:所提出的纠偏算法能够从3个轴向控制移动轨迹出现的局部偏差,使液压关节的力矩误差、角速度误差和加速度误差被控制在较低的范围内。     

下肢外骨骼机器人踝关节混合柔性驱动设计与研究

为了提高人机交互的安全性、舒适性以及对复杂非结构化环境的适应能力,设计了一种基于串联弹性驱动和刚性驱动混合的新型下肢外骨骼机器人踝关节。在电机与外骨骼机器人负载之间引入线性弹簧组以实现柔性驱动,对机器人脚部触地等冲击起到缓冲减振作用。设计了碟刹装置实现刚性驱动功能,以快速精确的响应人踝关节的摆动,避免人机运动偏差。建立了踝关节的动力学模型,通过频域特性分析方法得到了踝关节在不同参数特性下的稳定性以及力跟随特性。仿真实验验证了外骨骼机器人踝关节在受到冲击时的缓冲减振特性,并且验证了模型的准确性和有效性。     

径锻机夹钳简谐振动系统仿真研究

对操作机夹钳旋转简谐振动原理进行分析,总结出径锻机锤头位移和操作机夹钳间歇性旋转动作之间的对应关系,并利用Amesim搭建了径锻机夹钳简谐振动系统的仿真模型,建立了锤头位移与简谐振动液压伺服阀信号之间的函数关系,将锤头位移转化为液压伺服阀控制信号为折线、等加减速曲线、正弦曲线3种函数关系.在其余参数相同的条件下改变锻造...     

基于多传感信号的齿轮箱振动特性分析

为解决单一传感信号带来的不稳定问题，以多传感振动信号为研究对象，通过小波包分解和快速傅立叶变换获得各个频段的能量比系数。在此基础上，重点分析了不同载荷、输入轴转速和齿轮裂纹长度工况下各个频段的能量比系数的变化趋势。研究结果可以为齿轮箱的动力学分析和优化设计提供必要的理论依据和科学指导。