任意位姿孔轴线方位解析与图像测量方法研究

针对孔的空间定位问题,提出任意位姿孔轴线方位的求解算法。孔边缘轮廓在透视投影下为椭圆,基于代数距离的椭圆拟合保证了椭圆拟合结果的稳定性,再利用椭圆定义约束,迭代优化拟合结果,避免了异常点及不完整样本点对拟合结果的干扰。通过空间几何解析,建立空间几何模型,利用平面法向量和相似三角形推导出计算公式。仿真结果表明该算法精度高,实用性强。     

6-PTRT并联机构位置模型工作空间的解析描述及几何求解

并联机构的位姿工作空间很难用数学表达式予以解析描述,因此其求解通常采用数值方法。文章在定义并联机构模型工作空间概念的基础上,以正骨并联机器人为研究对象,推导了其位置模型工作空间的数学解析表达式。在此基础上用几何建模的方法求解了其动平台转角为零时机构的位置模型工作空间。并联机构工作空间的数学解析描述是建立工作空间指标与机构参数间解析关系的基础,对并联机构参数的解析优化具有一定意义。     

关于常见机构运动的解析分析

本文用解析方法推导了用四杆机构、曲柄滑块儿曲柄摇杆机构运动问题的数学通解，以方便求解速度、角速度、加速度、角加速等物理参量，避免了传统解法的思维分析过程，为计算机操作提供了方便。     

准双曲面螺旋锥齿轮三维建模

根据准双曲面齿轮副实际加工方法,以齿轮啮合原理和微分几何为基础,通过加工机床各部件间运动关系建立各部件间的运动坐标系,由其次坐标变换仿真刀具运动轨迹分别推导两齿轮齿面方程,得到准双曲面螺旋锥齿轮副的数学模型解析式。由实际加工需求确定机床与刀具的各项参数,利用数值计算功能软件分别求解大小齿轮齿面方程并采集齿面网格离散坐标点并将其数据文件导入三维建模软件,根据曲面造型功能得到准双曲面齿轮副两齿轮的三维模型。     

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学解析正解

为了提高机翼调姿过程中球铰点位置的测量效率,研究了一种应用于飞机机翼调姿的3-PPPS并联机构运动学正解问题。以3个随动驱动位移为突破口,以机构球铰点之间距离不变为约束条件,将约束条件表示为3个驱动位移的函数,建立约束方程,利用Sylvester消去法得到球铰点位置坐标。运用球铰点位置向量叉乘积,求解出运动平台的位姿。由此给出该调姿机构运动学正解的一种封闭解法,并得到该机构的全部位姿正解,避免了原调姿过程中球铰点位置的迭代求解计算。通过数值实例,验证了所提方法的合理性与有效性。     

一种冗余6-DOF并联机构的结构特性与运动学分析

建立转向架参数测定试验台几何解析模型与运动学模型,提出一种基于类线性解耦几何解析法与高阶收敛迭代法相结合的混合策略求解并联机构位姿正解。利用类线性解耦几何解析法建立方程组快速求解位姿正解近似值且作为高阶收敛迭代法的初值。以转向架参数测定试验台为例,基于方位特征集理论(Position and orientation characteristics,POC)对该冗余6-DOF机构进行拓扑结构特性分析和运动学结构分析求得位移传输比矩阵r,根据位移叠加性原理建立方程组求得正解初值,进而运用高阶迭代法求解位姿正解。选取圆形周期性轨迹作为该机构运动轨迹,仿真结果表明,几何解析法求得位姿正解误差值不超过0.8%,且混合策略相比Newton-Raphson法迭代次数减少41%,迭代时间缩短23%,满足了试验的实时性要求。试验台回转角刚度试验结果表明:运用装置测量的回转角度值较给定值误差小于0.041rad,而用提出方法计算回转角度值误差不超过0.019 rad,进一步验证混合策略的有效性与实时性。     

基于SimMechanics的二自由度并联机器人运动学仿真

讨论了二自由度平面并联机器人的正向和逆向运动学问题,利用复数矢量法建立该并联机器人的正向运动学模型和逆向运动学模型,利用数值解法求解机器人的逆向运动学问题。在建模之前,对机器臂的初始位置需要根据机器臂的几何位置进行合理的估计,避免数值解法无法收敛,最后在SimMechanics环境下建立该机器人的计算机模型,通过仿真算例证明了数值解法的可行性。采用Sim-Mechanics模块完成运动学仿真和逆向运动学中非线性方程组的数值求解,使得机器人模型的求解和验证更加快速有效。     

变性椭圆齿轮节曲线设计及图形仿真

以两段高阶椭圆组成的连续光滑封闭的曲线作为主动齿轮的节曲线，依据齿轮啮合理论建立了其配偶从动齿轮节曲线设计及该齿轮机构传动比函数的数学模型。依据微分几何原理推导出主从动节曲线全外凸的判定条件。定量分析了该齿轮机构传动比函数的特点及变化规律。运用MATLAB语言开发了求解该节曲线设计数学模型的数值计算与图形仿真应用程序。通过算例予以验证。     

考虑运动副摩擦时平面闭链五杆机构逆动力学分析

提出一种修正的指数摩擦模型,给出了摩擦系数与速度的关系式,避免了速度零点的多值问题,建立了机构运动副摩擦的数学模型。建立了包含运动副摩擦的平面闭链五杆机构的逆动力学模型,并给出了一种迭代求解方法,可得到运动副的约束力、驱动力和运动副摩擦力矩。在相同运动规律下,对计入和不计入运动副摩擦两种情形进行驱动力矩的比较。仿真结果表明:两种情形下的驱动力矩有较明显的差异,在速度反向区,运动副摩擦力矩的变化剧烈,对机构驱动力矩的影响最大,在机构运行速度较低时,这种现象更为明显。     

索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

绳牵引并联机器人的静刚度解析

基于微分变换和线几何理论,建立包含关节弹性变形以及绳拉力等因素的绳牵引并联机器人的刚度模型,推导刚度矩阵的数学表达式.模型不仅考虑驱动单元、绳的弹性变形对机构刚度的影响,而且考虑机构在广义外力作用下由末端执行器微分运动所引起的结构矩阵的变化.通过线矢量的引入,分步求导模型中结构矩阵对末端执行器位姿变分的三维Hessian矩阵.模型表明,绳牵引并联机器人的系统刚度由两部分组成,其中一部分主要取决于绳的几何布置、末端执行器的位姿、驱动支链的物理特性;另一部分表达为结构矩阵相对末端执行器位姿的变分-Hessian矩阵与绳拉力矢量的乘积.大射电望远镜5m缩尺模型数值仿真与试验结果的对比验证了该方法的正确有效.     

基于齐次变换矩阵的盾构机掘进位姿建模与求解研究

为了更加精确快速地求解盾构机在掘进过程中的姿态变化,采用基于空间齐次变换矩阵元素的位姿正解求解方法建立盾构机位姿正解解算模型,并利用牛顿拉夫逊算法对得到的以齐次变换矩阵元素为未知量的非线性方程组进行逐次迭代求解,得到齐次变换矩阵各元素数值解;然后,根据齐次变换矩阵各元素与位姿映射关系求解对应位姿.并根据各个液压缸杆长约束条件建立位姿反解数学模型,在Matlab中对位姿正反解进行求解,并分析比较正反解结果的吻合度.结果表明,其误差在0.018％左右,在误差允许范围内,证明了所建立的盾构掘进位姿正反解数学模型的正确性.     

风洞捕获轨迹试验六自由度 机构运动学与误差分析

为提升风洞捕获轨迹试验的水平,设计了一套模拟外挂物从母机分离运动轨迹特性的六自由度机构。通过D-H法进行运动学分析,建立该机构运动学方程,利用解析法对机构进行逆运动学求解。采用微分传递法建立基于D-H参数的静态误差模型,推导出末端外挂物模型位姿误差与D-H参数误差之间的数学表达式,然后采用奇异值分解改进的最小二乘法进行迭代求解辨识出参数误差,在此基础上随机选取100组位姿数据,分析比较了补偿前与补偿后的位置误差,结果表明经过参数辨识后的补偿法能够有效地提高六自由度机构末端的定位精度。     

新型并联式绳索牵引叶片起吊机构运动学分析

提出一种具有承载能力高、体积约束小和易于调整叶片姿态的新型并联式绳索牵引叶片起吊机构,并对其进行了运动学分析。首先建立机构的几何模型,运用欧拉角描述动平台姿态,提出应用并行投影迭代算法推导机构运动学正解,最终采用MATLAB软件进行数值仿真验证。结果表明了应用并行投影迭代算法求解机构运动学正解的正确性,同时证明了该机构能够实现吊装任务。     

平面3-RRR全柔顺并联机构的微分运动分析

通过建立平面3-RRR型全柔顺并联机构"伪刚体模型",采用微动近似算法得到输入和输出之间的位移雅可比矩阵,研究其微动情况下输入与输出之间位移矢量微分映射关系,并进行数值验证,利用ANSYS软件对其进行仿真,为此类平面并联机构及具有多输入多输出特性的空间并联机构微分运动分析提供理论参考依据。     

含间隙平面连杆机构运动精度的稳健优化设计

考虑杆长制造误差和运动副间隙的影响,提出一种平面连杆机构的稳健设计方法。对运动副间隙引起的回转副偏心距及其对平面机构位姿的影响进行分析,用位置矢量方程描述考虑运动副间隙后平面机构的位姿。根据构件两端回转副要素的实际结构,把构件分成两孔型、孔销型、两销型三种类型。把回转副偏心距的大小及其方向视为两个随机变量,建立三种相应的有效杆长计算模型。采用复数矢量法,推导出三种有效杆长计算公式。对所建立的有效杆长计算模型的计算精度进行数值仿真,结果表明其计算精度可满足工程设计要求。基于所建立的有效杆长计算模型,给出再现函数的曲柄滑块机构的稳健优化设计实例,验证了文中方法的有效性和实用性。     

机器人实际几何参数识别与仿真

机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度,为了提高机器人的位姿精度,需要对机器人进行标定。讨论了运动学模型的建立方法,基于修正的ＤＨ模型和微分变换关系推导出机器人实际几何参数识别的全部公式。该方法要求测量各关节角的码盘数值和机器人的基坐标系下的位姿。     

法兰自动对接空间位姿综合误差建模技术研究

以某火箭发动机尾喷口与燃烧室法兰端口自动对接为例,设计TTTRRR六自由度对接机构,结合海克斯康Leicaprobe自动激光跟踪仪获取位姿信息,并求解位姿调整参量。分析六自由度对接机构的X/Y/Z三个平动导轨,A/B/C三个转动轴的制造误差、安装误差、运动误差等共计42项误差,并分别对每个运动单元进行误差运动学分析,通过齐次坐标变换技术对尾喷口法兰位姿建立空间位姿实际与理想空间位姿变换模型,推导空间位姿综合误差模型及尾喷口位姿误差,并通过算例仿真验证方法。     

基于RSSR机构的双8无碳小车结构设计与轨迹仿真

无碳小车是一种综合性较强的机械结构,为了解决小车轨迹难以求出解析解的问题,针对双8字小车提出了一种数值解法对小车轨迹进行仿真计算。首先建立整车模型,包括双滑轮原动机构、一级齿轮传动机构、RSSR转向机构、单轮从动差速机构与微分头微调机构。根据基本运动学关系与杆长条件建立曲柄转角与摇杆转角关系并建立整车运动的数学模型,结合微元法与数值积分求解出主动轮运行轨迹,根据三轮的几何关系求解出另外两轮的运行轨迹。基于该算法模拟了多种参数下小车运行轨迹并根据轨迹特征将其归为3类,分析了轨迹的主要影响因素并提出3种轨迹相应的调节方式,基于近似线性关系提出轨迹快速调节经验公式,以最小压力角为目标设计了小车出发定位方案。经过实验验证,该轨迹算法具有较高的准确性。     

一种新型平面组合传感器的误差建模与分析

设计了一种新型三自由度位姿测量平面组合传感器装置，用于完成对平面运动的两个移动自由度和一个转动自由度的动态测量。介绍了传感器的机构构成和测量原理，利用微分法原理建立了误差模型，对误差产生原因进行分析，得出了机构误差对测量精度的影响曲线，试验和仿真验证了新型平面组合传感器机构的合理性。新型平面组合传感器机构简单，测量精度高，适用于特定环境下的高精度平面运动位姿测量。