工业机械臂动力学模型简化分析与仿真

针对工业机械臂进行动力学分析的常用方法是利用Lagrange方程进行动力学建模后再实行仿真计算。利用Pieper准则,将五自由度工业机械臂动力学方程展开式简化,即将腕部与手抓部的关节视为外部干扰,只针对前三关节进行动力学分析;提出一种针对简化后的模型利用开源引擎ODE完成机械臂动力学计算;在建立的机械臂三维仿真平台上利用ODE进行仿真的方法。仿真结果表明:该仿真方法不仅可实现机械臂的实时控制,还能得到机械臂动力学参数曲线图。为解决机械臂动力学仿真中效率低和实时性差的问题提供了理论依据。     

刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

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。     

基于摆缸关节的液压机械臂运动学及工作空间分析

针对传统机械臂输出转矩较小的问题,设计了基于叶片式液压摆动油缸(摆缸)作为关节的6自由度液压机械臂,该液压机械臂具有诸多优势,其最大的优点是具有很高的负重比。运用改进的D-H法建立了该液压机械臂的运动学模型,得出其正运动学方程。在MATLAB中进行了液压机械臂的轨迹规划仿真,得到了各关节转角的特性曲线,验证了液压机械臂结构设计的合理性。利用蒙特卡洛法分析计算了其工作空间,借助MATLAB绘制了其末端执行器的工作空间云图,为今后液压机械臂的深入研究提供了重要依据。     

非平稳工况下液压马达转速波动机制分析

针对液压马达驱动负载系统中,马达输出轴的转速波动特性直接影响负载工作稳定性和可靠性的问题,建立典型液压马达-负载系统的动力学模型,阐明液压马达等效弹簧扭转刚度的计算方法;根据非线性动力学原理,分析等效液压弹簧扭转刚度和摩擦转矩对系统转速波动特性的影响机制,提出利用高频采样计数方法对转速波动进行测试与分析。理论分析与实验结果均表明：非线性摩擦转矩、输出容积脉动、负载转矩、油液有效体积弹性模量等因素的变化影响系统的转速波动特性。     

压电柔性臂动力学模型修正研究

建立准确的动力学模型是研究压电柔性臂动力学行为和控制方法的基础和理论依据。传统的动力学建模忽略了柔性臂的结构变化、关节摩擦、结构阻尼和导线因素等的影响。以双连杆柔性臂为研究对象,将双杆柔性臂视为Euler-Bernoulli梁处理,采用假设模态法描述臂的弹性变形,利用拉格朗日方程建立双杆柔性臂动力学模型。对系统模型进行了刚度与阻尼方面的适当修正,并结合MATLAB软件对修正后的模型特性进行分析。实验与仿真结果比较得出:修正后系统的转角曲线线性度更好,并且修正后模型与真实模型的弹性振动变化形式吻合度更高,即系统模型的弹性修正是有效的。     

基于负载口独立控制的挖掘机动臂系统节能研究

针对传统挖掘机动臂液压系统能耗大、势能利用低等问题,以挖掘机动臂为研究对象,设计基于负载口独立控制的动臂液压系统。在主动型负载工况缩回工况下,对动臂液压系统进行了压力-流量特性分析,获得阀口开度与活塞杆速度的关系;采用机械动力学仿真软件ADAMS和液压系统仿真软件AMESim,分别建立传统动臂液压系统和基于负载口独立控制的动臂液压系统联合仿真模型,并对2种动臂液压系统在主动型负载工况缩回工况进行联合仿真分析。仿真结果表明：2种动臂液压系统都能获得较为线性的活塞杆运动速度,而且与传统动臂液压系统相比,基于负载口独立控制的动臂液压系统的势能利用率明显提高,提高了约44.3%。     

六自由度机械臂反向动力学递推算法研究

针对多自由度串联型工业机械臂反向动力学求解问题,提出一种基于解耦自然正交补的反向动力学递推算法。通过六维旋量描述相邻连杆的速度约束,用自然正交补矩阵构建关节速度与六维旋量之间的关系。采用非解耦的Newton-Euler方程建立机械臂的动力学模型,当考虑连杆间的速度约束时,将该动力学模型用基于自然正交补的方法进行解耦,形成机械臂反向动力学递推算法,得到动力学模型的最小阶形式。以KUKA KR5六自由度机械臂为例,在仿真环境下对所提算法的有效性进行验证。结果表明:与其他4种算法相比,该算法计算复杂度低、计算效率高;该算法计算效率比ADAMS高67.7%。     

基于线性扩张状态观测器的机械臂变负载滑模控制

大型串联机械臂液压控制系统存在变负载及外干扰问题,机械臂不同工作姿态的等效质量会造成液压缸系统固有频率变化,影响系统动态特性,为此提出一种基于线性扩张状态观测器的滑动模态控制策略(LESOSMC)。以破拆机器人机械臂为研究对象,仿真试验结果表明:LESOSMC在机械臂处于不同姿态时,保持了很好的动态特性和稳态精度,对周期正弦信号也具有良好的跟踪性能。LESOSMC在机械臂变负载控制中具有良好的鲁棒性,满足重载液压机械臂关节位置控制的要求,为解决液压重载机械臂关节液压缸的位置控制提供了有效的工程方法。     

重载机械臂转速排量复合控制电动静液作动系统设计与仿真

主要研究转速和排量复合控制电动静液作动器（EHA-VSVP）系统在重载机械臂中的应用。在满足重载机械臂需求的基础上,利用AMESim和MATLAB建立液压系统和控制系统的仿真模型。为解决系统存在的相乘非线性耦合问题,使用分配解耦的控制策略,配合AMESim和MATLAB的联合仿真技术对系统进行仿真分析,从阶跃响应和正弦响应的角度探究系统的稳定性。仿真结果表明：所设计的EHA-VSVP系统原理正确,满足性能需求。该系统所使用的控制策略可以很好地解决相乘非线性问题,且权重分配具有一定的理论依据,可以满足控制需求。     

自行式大型矿磨衬板更换机械手的设计与仿真

为解决特大型矿用磨机衬板更换过程中作业效率低以及进口设备价格垄断等问题,采用虚拟样机技术研制了一种能够高效完成衬板更换的自行式八自由度重型机械手。根据作业要求对衬板更换机械手进行结构设计,并运用三维软件Inventor建立模型;采用D-H参数法建立其运动学数学模型,在RecurDyn平台进行仿真分析。仿真结果显示,所设计的衬板更换机械手能够满足作业要求;所建立的运动学方程是正确的;仿真结果为驱动元器件的选型提供了依据。     

串联液压伺服机械手消除抖动的控制算法研究

设计一种"负载补偿控制方法+变增益PID"的控制方法,采用该方法能消除机械手自身构件重力、末端负载力对控制系统的影响,消减抖动现象,提高系统稳定性,解决串联液压机械手在运行过程中出现的液压阀关闭延迟和不稳定性及系统抖动等问题。通过理论与实践的结合,利用所设计的控制算法对液压伺服系统参数、控制方法进行完整测试及识别,彻底解决液压伺服系统存在的抖动、爬行等问题,实现机械手的高精度控制。     

液压支架油缸内壁缺陷修复机械臂的运动学分析与仿真

针对矿用液压支架油缸内壁局部缺陷修复,设计一种能深入液压支架油缸筒内进行内壁修复的焊接机械臂。基于改进D-H参数建模方法,对设计的内表面修复焊接机械臂进行运动学建模,并求解了内表面修复焊接机械臂的正、逆运动学。借助MATLAB软件,采用蒙特卡洛法,对该焊接机械臂的有效工作空间进行了仿真分析,利用Robotics Toolbox工具箱对油缸内壁缺陷修复机械臂进行关节轨迹规划,通过仿真得到各关节的角位移、角速度、角加速度曲线。仿真结果表明：该机械臂运行平稳,轨迹连续,满足运动学要求。     

液压挖掘机工作装置动力学分析与仿真研究

应用机器人学理论，建立了三自由度液压挖掘机工作装置的运动学和拉格朗日动力学模型，得出了工作装置关节转矩与铲斗末端位置、速度和加速度之间的关系，并用Matlab对末端沿直线轨迹运动时的动力学进行了仿真。研究结果可以用于挖掘机工作装置的轨迹规划和运动控制。     

基于模糊神经PID的重载机械臂变幅系统仿真研究

针对重载机械臂变幅机构控制系统的功能要求,设计一种可以实现变幅机构位移同步控制的液压系统。结合重载机械臂位移同步控制方法与策略,提出采用能满足系统稳定性和鲁棒性要求的模糊神经PID控制策略对其进行位移同步控制。运用AMESim和Simulink对变幅控制液压系统进行建模仿真,对比分析了模糊神经PID与常规PID对液压缸运动控制的动态效果,得到了该液压系统中液压缸活塞杆位移曲线。仿真结果表明:模糊神经PID控制器具有较强的抗干扰能力和较好的鲁棒性,验证了所设计的变幅机构位移同步控制液压系统具有良好的工作性能。     

锻造操作机液压缓冲系统建模与仿真研究

根据锻造操作机高速、高精度和高可靠性的要求,进行了锻造操作机液压缓冲系统的设计,并在此基础上利用AMESim对液压系统进行了仿真研究,分析了不同溢流压力对缓冲系统的影响。同时利用MATLAB的Simulink模块对锻造操作机的缓冲系统进行了总体建模,分析了缓冲系统的动态响应情况。仿真结果表明:系统设计能满足操作机的工作要求,为锻造操作机液压系统设计提供了参考。     

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。     

基于优化位姿控制的并联液压机械手跟踪控制研究

针对二自由度并联液压机械手控制系统容易受到外界干扰问题，对机械手控制系统输出误差进行研究。结合机械手平面简图分析了并联液压机械手工作原理，推导出机械手运动学和动力学方程式。引用模糊PID控制系统，采用差分进化算法和前馈补偿方法对模糊PID控制系统进行优化，将优化后的控制系统通过MATLAB软件进行误差仿真，同时与模糊PID控制系统输出误差进行比较和分析。仿真误差显示：在无干扰环境中，优化前和优化后的二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统，其运动位移和角位移输出误差差别不大，跟踪效果较好。在有干扰环境中，优化前二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统，运动位移和角位移输出误差较大，而优化后二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统，其运动位移和角位移输出误差较小。采用差分进化算法和前馈补偿控制方法，能够抑制外界信号波的干扰，提高二自由度并联液压机械手的跟踪精度，其控制效果较好     

100 t锻造操作机夹钳旋转驱动液压系统设计

锻造操作机夹钳旋转系统直接与钢锭接触,具有承受锻造载荷波动范围大、负载夹持扭矩大、旋转角位移控制精度高等特点,对夹钳旋转液压系统的合理设计及液压元件的恰当选型是提高锻造精度和锻造质量重要的途径和方法。基于100 t液压锻造操作机,依据设备工作性质,选定了液压系统的工作压力;通过对其机械结构及技术性能参数进行分析,确立了液压系统的设计方案,并在此基础上对液压原理图进行了详细设计;针对设备在不同工况下的工作特点及性能要求,通过关键参数的计算对主要液压元件进行了选型。设备使用结果显示,操作机夹钳旋转工作平稳,夹钳旋转定位精度达到±1°,旋转性能满足设计要求。