变杆长对曲柄滑块机构位移可靠性的影响分析

为分析杆长变化对滑块位移可靠性的影响,建立了包含杆长尺寸误差和运动副间隙因素下偏置曲柄滑块机构滑块位移可靠性的计算模型。对所建立的滑块位移可靠性计算模型的计算精度进行了仿真验证,结果表明其计算精度可满足工程设计要求。基于MATLAB软件的仿真得出滑块位移可靠性随着曲柄长度减小、连杆长度增加、偏距长度减小而提高。在运动副间隙为连续接触模型时,杆长变化对可靠性的提高比非连续接触模型时更显著。此研究结果对平面机构位移可靠性的提高具有一定的参考价值。     

提高变杆长曲柄滑块机构位移可靠性的优化设计

为分析变杆长对滑块位移可靠性的影响,建立了包含杆长尺寸误差和铰链运动副间隙因素下偏置曲柄滑块机构滑块位移可靠性的计算模型。基于MATLAB软件的仿真,得出滑块位移可靠性随着曲柄长度减小、连杆长度增加、偏距减小而提高。为最大限度地提高滑块位移可靠性,基于单一杆长变化对滑块位移可靠性影响规律,采用遗传算法对含有行程不变约束条件的曲柄滑块机构进行滑块位移可靠性提高的杆长组合优化。算法中用通过检查解的可行性决定解的弃留方式处理约束条件,并利用二进制编码方式对杆长进行优化编程。优化结果与穷举法所求结果接近,证明了遗传算法的正确性。此研究结果对提高平面机构位移可靠性具有参考价值。     

含间隙曲柄滑块机构的动力学建模及误差补偿

由于设计误差、加工误差的存在和机构安装的需要,间隙在机械系统中普遍存在,降低了机构运动的精确性。以动力学理论为基础,依据非线性弹簧阻尼接触力模型分别对理想和含间隙的曲柄滑块机构进行数学建模并进行仿真;同时搭建曲柄滑块机构实验系统,在不同转速情况下采集滑块的位移数据;采用加逆模前馈的PID控制进行误差补偿。结果表明,含间隙模型的仿真结果与实验结果偏差很小,验证了模型的准确性;加逆模前馈的PID控制能有效的补偿误差,提高了机构运动的精确性。     

含间隙曲柄滑块机构运动误差分析及其精确控制

为了研究运动副间隙的存在对机构的稳定性产生的影响,本文采用了动力学分析的方法,以含间隙曲柄滑块机构为例建立了数学模型,从影响机构精度的不同原因入手,分析机械的误差来源及特征。并对曲柄滑块机构进行了非线性分析后,对其建立了逆模型,并分别进行了有逆模前馈的开环控制和PID加逆模前馈的闭环控制来控制不稳定性。实验结果表明:利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink建立的含间隙机构动力学仿真模型,与理想无间隙机构相比,含间隙机构稳定性较差;逆模前馈补偿器有效地减小了系统的非线性误差,提高了曲柄滑块机构的控制精度。     

弹性曲柄滑块机构的运动精度可靠性分析

将弹性曲柄滑块机构的杆长、截面尺寸、铰链间隙、质量密度、弹性模量等几何、物理参数均视为随机变量,对机构输出运动进行了静态和动态误差分析。应用微小位移的线性叠加原理分别对静态、动态误差进行了综合,建立了机构输出运动精度可靠性分析模型。通过算例,考察了机构输出运动精度可靠度的影响因素,结果表明随着机构转速的提高,机构的动态弹性变形将成为影响机构运动精度可靠性的主要因素。     

曲柄滑块型6杆函数机构的近似综合

以主动曲柄和从动滑块间的给定运动关系为基础 ,通过引入 2自由度 5杆机构及其连杆铰接点曲线 ,提出了曲柄滑块型 6杆函数机构的轨迹逼近———函数插值轮换综合法。最后用综合算例验证了本方法的正确性     

杆长误差和运动副间隙对平面机构运动可靠性的影响分析

在考虑平面机构杆件误差和运动副间隙的基础上，建立了基于概率的平面机构运动模型，通过蒙特卡洛方法对曲柄滑块机构的运动可靠度进行分析，分析表明：在转动过程中，曲柄滑块机构的可靠性呈周期性变化；当仅考虑杆长误差的情况下，曲柄转角为(π/2,π)∪(π,3π/2)范围内出现最高失效概率；当仅考虑运动副间隙的情况下，曲柄转角为π/2和3π/2时失效概率最高；杆件误差和运动副间隙的共同作用将会导致机构可靠性快速降低。     

平面连杆机构运动误差及可靠性分析

为获得考虑运动副间隙和杆长误差的平面连杆机构运动规律，采用复数矢量法，推导出运动误差计算公式，在此基础上建立了曲柄滑块机构运动精度可靠性分析模型，编制了相应的计算机软件，并计算出算例机构位置参数和输出运动误差的方差和可靠度。     

基于机构运动平稳的可靠性研究与结构优化设计

在产品设计中,往复机构的运动平稳性和可靠性直接影响机构的运动、动力性能和产品质量。文中从动力学和运动学的角度,对应用广泛的曲柄滑块机构开展基于运动平稳性的可靠性研究。通过建立曲柄滑块机构的等效力学模型,采用调整质心平衡法来减小振源,并利用MATLAB软件编程计算和仿真,以获取执行机构运动平稳规律;然后再综合考虑机构的尺寸误差和运动副间隙误差对机构运动可靠性的影响,并由此根据机械产品的实际情况确定并优化相关的运动参数,从而得到该机构最佳的运动平稳的可靠性结构。     

曲柄滑块机构运动精度的概率分析与计算

利用矩阵分析理论建立了曲柄滑块机构精度分析的一般模型,利用状态函数建立了曲柄滑块机构运动精度的概率分析模型,以对心曲柄滑块机构为具体对象,建立了曲柄滑块机构运动输出精度模型及其概率分析计算模型。算例分析表明:在给定的设计精度下,对心曲柄滑块机构在不同的运动状态有着不同的运动误差和不同的运动可靠度。模型可以定量地给出曲柄滑块机构在不同运动状态下的失效概率,对曲柄滑块机构的设计与制造具有应用价值。     

含变自由度力自适应复位组合柔顺副的汽车门锁机构

基于提出的新型变自由度组合柔顺副，构建了具有奇异位置运动确定和力适应复位特征的变自由度柔顺五杆机构。根据不同驱动方式和不同限位边界，该柔顺机构可实现铰链四杆机构、平面五杆机构、曲柄摇块机构和摆动导杆机构4种运动模式及模式间切换。为了单驱动实现电动开启、电动保险，新型柔顺机构构造的电动开启支链通过多运动模式完成汽车门锁的多工况确定运动及复位运动。各工况下柔顺副扭簧中心槽内的漂移量作为机构柔顺适应性指标，可衡量柔顺支链与其他支链的运动兼容性。     

考虑铰链运动副间隙的机构运动可靠性分析模型

针对高速运动机构的特点,补充考虑铰链式运动副间隙的机构运动可靠性分析模型,并以曲柄滑块机构为例,应用非连续接触模型和连续接触模型,详尽分析运动副径向间隙和销轴位置的不确定性因素对机构运动可靠性的影响.     

平面二自由度全铰链五杆轨迹机构综合方法的研究

对平面二自由度五杆机构的位姿形式及位置逆解进行分析之后,提出了用二自由度辅助机构进行全铰链五杆轨迹机构综合的方法。该方法先将平面二自由度全链五杆机构看成由两个开链二杆机构组成的机构。然后按照给定要实现的轨迹,用二自由度辅助机构分别综合出两个开链二杆机构。最后再将综合出的两个开链二杆机构组合成全链五杆机构。按照此种方法综合出的全铰链五杆机构可精确地实现给定的轨迹,配以合适的驱动方式可进行异形边界及系列边界的加工,本文的研究为特殊类型边界的加工提供了手段。     

按急回要求设计曲柄滑块机构的一种新解析法

提出了一种设计曲柄滑块机构的新方法。该方法通过求解一个简单的线性方程组，或直接利用文中给出的解析计算公式，可非常方便地设计出满足急回要求的各构件的运动尺寸。     

基于静态间隙杆模型的曲柄滑块机构磨损分析

磨损是导致机械设备和机械零部件失效的主要原因之一,磨损与系统动力学响应的耦合对机构的性能均有重要影响。基于一种转动副反力的简化求解模型,进行了一系列的参数研究。结合达朗贝尔原理对曲柄滑块机构进行动力学建模,利用Winkler弹性地基模型获取界面的接触压力分布,使用Archard模型计算间隙副的磨损深度,建立了含间隙曲柄滑块机构的磨损与动力学耦合分析框架;通过与有限元(FEM)方法的比较发现,该磨损计算耦合模型不但具有相当的求解精度,而且在计算效率方面有质的提升。     

Optimal Motion Planning for Differentially Flat Underactuated Mechanical Systems

Underactuated mechanical system has less independent inputs than the degrees of freedom(DOF) of the mechanism. The energy efficiency of this class of mechanical systems is an essential problem in practice. On the basis of the sufficient and necessary condition that concludes a single input nonlinear system is differentially flat, it is shown that the flat output of the single input tmderactuated mechanical system can be obtained by finding a smooth output function such that the relative degree of the system equals to the dimension of the state space. If the fiat output of the underactuated system can be solved explicitly, and by constructing a smooth curve with satisfying given boundary conditions in flat output space, an energy efficiency optimization method is proposed for the motion planning of the differentially fiat underactuated mechanical systems. The inertia wheel pendulum is used to verify the proposed optimization method, and some numerical simulations show that the presented optimal motion planning method can efficaciously reduce the energy cost for given control tasks.     

混合驱动机构的创新设计及其应用

混合驱动机构是一类多自由度机构。其创新设计以型综合为研究重点 ,通过型综合得到多种独立的结构异构体 ,然后根据机构组成原理 ,对各种异构体进行变换 ,最后可以获得大量实用的、具有代表性的混合驱动机构。这些混合驱动机构具有 :精确实现运动规律、分度 ,提高工作效率以及再现成组运动规律等功能     

Development of nanopositioning mechanism with real-time compensation algorithm to improve the positional accuracy of a linear stage

A compensation mechanism with six degrees of freedom (DOF) was developed to enable precise control of a linear stage. Geometric, thermally induced, and dynamic errors in the linear stage were compensated for in real time by the nanopositioning stage. A stage-based hinge with high structural stiffness and rapid response characteristics was modified for parallel operation. The stage’s full range of motion was measured and kinematics was used to calculate the displacement required by each actuator to compensate for the errors. Except for the displacement error of the linear stage, the contribution of each error source was measured by a reference mirror and five capacitive sensors. A compensation algorithm, based on a recursive method, was used to improve the positioning accuracy of the system. The performance of the stage presented here was investigated by measuring, and compensating for, the five-DOF linear stage errors in real time. In practice, the peak-to-valley errors of the translational and rotational errors were reduced by 89% and 93%, respectively.     

五自由度电液伺服机械手运动控制系统研制

针对电液液伺服机械手在实际应用过程中存在运动精度低、运动平稳性差,控制模型存在非线性的问题,利用电液液伺服机械手具有负载能力强,能量密度大的优势,对机械手运动控制系统进行了研制。首先采用闭链矢量法对TCP进行了准确的位置矢量表示;其次,引入5阶B样条插值方法和改进型粒子群优化算法,得到了连续的TCP空间位移轨迹,实现了TCP位置的最优轨迹规划;最后,引入常规PID,IL-PID,NDI等控制策略,采用分级控制管理方案,实现了机械手各关节的运动控制,并利用5自由度电液伺服机械手进行了仿真和实际实验。研究结果表明:该运动控制系统能够准确地控制机械手在高负载,高精度要求下进行规定运动。     

基于惯性冲击原理的3DOF微小型机器人系统

提出一种由4组压电陶瓷驱动器驱动的微小型移动机器人系统.基于惯性冲击原理,4组压电陶瓷驱动器在不同形式锯齿波电压的驱动下,能够实现机器人2个平动运动自由度和一个旋转运动自由度.基于DDS波形发生原理,为机器人设计了由C8051F040高速单片处理器、FPGA和功率放大器所构成的机器人驱动控制系统.机器人运动性能测试试验表明,提出的微小型移动机器人统具有亚毫米级的运动速度和亚微米级的运动分辨力,可以作为微操作系统中的移动式精密定位机构.