基于ADAMS的6 PSS并联机构多目标优化研究

为了进一步提高6PSS并联机构的承载能力和扩大其运动范围,提出了一种基于ADAMS的并联机构多目标优化方法。首先,采用参数化关键点的方法建立了6PSS并联机构的参数化模型;然后,以并联机构的移动副驱动力最大值和动平台质心转角最小值为目标函数,在满足约束的条件下,研究了不同的设计变量与机构的目标函数之间的关系;最后,采用线性加权和法,实现了对6PSS并联机构的承载能力和运动范围的多目标优化,并且采用蒙特卡罗法对并联机构工作空间进行了量化分析。研究结果表明:在优化后,并联机构的工作空间增大9.8%,移动副驱动力最大值的均值比初始值减小6.5%,即6PSS并联机构承载能力得到了提升,运动范围也得到了扩大,从而证明所用的优化方法的有效性,可为后续并联机构的设计和研究奠定基础。     

大工作空间5R平面并联机构的正逆互解验证实验研究

针对平面两自由度并联机构工作空间小的不足,提出一种变驱动布局大工作空间5R机构。在运动学分析基础上,利用Solid Works软件建立并联机构的三维运动学仿真分析模型,在Motion分析环境中改变原动件的运动参数,求解出并联机构的运动轨迹及其可达工作空间,完成其正解分析;另外,搭建并联机构的运动学实验平台,在Solid Works软件中画出给定轨迹,利用Solid Works软件逆解得出两伺服电机各时刻的转速,结合运动控制函数,编写上位机运行程序,通过PCI-DMC-F01运动控制卡对伺服电机进行控制,使末端执行器按照预期轨迹运动。实验轨迹、工作空间与正逆解结果一致,实验表明5R机构正逆互解的正确性和可行性,并在此基础上给出了大工作空间并联机构的应用实例。研究工作对拓展5R并联机构的工程应用具有参考价值。     

一种新型三自由度混联转台的尺度优化分析

提出一种新型三自由度混联转动平台机构,该转动平台相对于机架具有三个纯转动自由度,能够实现平台横摇、纵摇和回转运动;提出并联机构承载能力和驱动经济性两个优化指标,基于Adams环境获得设计变量对优化目标的影响;对于无法采用两个指标统一的设计变量,对其进行无量纲化、加权处理,采用多目标优化方法建立统一的目标函数;同样对回转装置的外轮廓进行优化,基于优化得到的并联机构尺寸,最终获得混联转台的关键结构尺寸。该新型三自由度混联转动平台承载能力高、回转范围大,在方位跟踪、运动模拟等领域具有广泛的应用。     

基于工作空间的混联式极化天线机构参数化设计及其力学分析

并联机构自身结构所限难以适应非圆极化天线相位不变的要求,在3-RSR(R为转动副,S为球面副)并联机构基础上串联可实现单转动的极化机构,提出混联式极化天线机构.分析建立并联机构与极化机构运动关系,以避免并联机构方位运动时天线反射面所出现的横滚现象;考虑并联机构杆件干涉及运动副限制,进行机构参数化设计以满足俯仰0～90°、方位0～360°工作空间需求;参照传统天线风载工况,提出并联机构天线风载施加方法,规划不同运行轨迹,借助ADAMS仿真获得天线所需驱动力矩.研究工作拓展了天线构型并为天线样机研制奠定了基础.     

3-(2SPS)三平动并联机构局部承载能力分析

少自由度并联机构应用于机床上时要求具有较好的承载能力,而其承载能力与机构的雅可比矩阵密切相关,应用机构学理论求出其力雅可比矩阵,定义承载能力性能指标,得出了该指标在工作空间内的分布情况,并分析了局部承载能力性能指标与结构参数之间的关系,为该型并联机构的设计与开发提供了依据。     

3-（2SPS）三平动并联机构局部承载能力分析

少自由度并联机构应用于机床上时要求具有较好的承载能力,而其承载能力与机构的雅可比矩阵密切相关,应用机构学理论求出其力雅可比矩阵,定义承载能力性能指标,得出了该指标在工作空间内的分布情况,并分析了局部承载能力性能指标与结构参数之间的关系,为该型并联机构的设计与开发提供了依据。     

基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间.从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响.建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数.与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间.     

6自由度含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间分析

为分析含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间特性，建立机构静力学模型，提出一种能直观反映绳牵引并联机构姿态空间大小的评价指标，以含2根弹簧支链的6索6自由度绳牵引并联机构为例，分析弹簧支链参数对机构工作空间性能和工作空间形状的影响。针对引入弹簧支链后出现的工作空间形状缺陷，建立缺陷部分混合位置因子-范围因子罚函数模型，并通过理想点法与遗传算法结合的方法实现了机构工作空间性能多目标优化。结果表明：通过罚函数法在优化中有效消除了可能出现的机构工作空间形状缺陷；含弹簧支链的绳牵引并联机构优化中选择适当弹簧参数，可以显著提高工作空间体积与动平台转动范围。     

空间站转位机构末端效应器位姿设定试验方法研究

针对空间站转位机构末端效应器地面试验要求,提出采用并联机构实现执行器与适配器之间的六维空间位姿设定。首先,设计了6自由度并联机构,并对其机构构成和工作原理进行了阐述;其次对所设计并联机构的工作空间运动学及作动器与适配器的运动干涉特性进行了数学建模,最后,编制了基于柱坐标的机构工作空间搜索算法和基于空间几何的干涉检测算法,并运用MATLAB进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的并联机构其工作空间满足末端效应器位姿设定的范围要求,并联机构各分支作动器与末端效应器之间不会发生运动干涉,验证了该方法的有效性。     

基于并联手指结构的多功能灵巧手的设计与研究

为满足工业生产对机器人末端夹持器灵巧性和承载能力的要求，设计了一种基于并联手指结构的多功能灵巧手。对手指机构的运动学、工作空间、奇异性进行了分析，对灵巧手的承载能力进行优化，并通过ADAMS仿真进行了验证。样机实验说明灵巧手具有理想的工作空间和较好的自适应性，可以实现对不同形状物体的随形抓取，适应柔性化工业生产的要求。     

结构功能一体化天线的机电耦合机理和实验

结构功能一体化天线能够将集成微带天线阵列的射频功能件嵌入到武器平台结构中,它既可作为力学承载的蒙皮结构,又可作为收发电磁波的微波天线,在未来武器装备中具有巨大的应用前景。这种天线具有结构和电路的高度集成以及服役环境苛刻等特点,现有方法难以满足其设计制造。文中针对结构功能一体化天线的机电耦合机理问题,提出了一类阵列天线结构因素对电性能影响的混合建模方法。结合理论分析和试验数据,建立了该类天线的机电耦合模型,发掘了典型结构因素对电性能的影响机理。通过天线样件的力电性能实验,验证了机电耦合机理的有效性。本研究成果可应用到结构功能一体化天线的设计制造领域中。     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。     

高铁平台卫通天线罩结构设计与仿真优化

为了实现高铁平台卫通天线易共形要求,同时满足高运行速度载荷和安装工况需求,文中采用自顶向下设计思路完成超低轮廓天线罩结构设计。在保证天线罩实现大入射角和高透波性能的前提下,首先考虑具备良好气动性能的工业设计方案,并对天线罩的结构强度、刚性和气动外形进行详细设计;同时对承载部件底罩进行静力学、谐响应仿真分析和优化,保证底罩满足一体化天线传动系统安装精度要求;最后完成罩体在高动态下的流固耦合仿真分析与优化。结论表明天线罩可满足电性能、机械性能和载车平台要求。     

40 m天线换馈机构结构设计及有限元分析

文中根据某40 m天线实际工程需要设计了一种新型换馈机构.该换馈机构结构简单,易于操作,在换馈驱动单元驱动下,馈源绕旋转轴旋转实现换馈.在换馈机构工作过程中,工况复杂多变.由于换馈角度较小,时间要求相对较长,馈源摆动角速度和角加速度都非常小,因此可以用静力学方法对其进行研究.利用ANSYS对该换馈机构进行结构建模、计算和分析,得出在多种复杂工况下,该换馈机构能够满足馈源对其结构强度和刚度的要求.该换馈机构可使天线的制造成本降低,使用率提高.     

含粘接缺陷的共形承载天线力学性能演化机理

共形承载天线兼具电磁辐射及承担外载功能,综合性能良好,在航空领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景.由于共形承载天线由层合结构构成,在不同材料的粘接及热压过程中,容易在粘接层形成裂纹等粘接缺陷,而失效往往在裂纹处发生,所以研究含粘接缺陷的共形承载天线力学性能演化机理具有重要意义.文中首先根据实验数据辨识了共形承载天线层间界面的动态等效断裂能并将其应用于双线性内聚力模型;其次,建立了共形承载天线的有限元模型并根据模态实验结果验证了模型的准确性;最后,依据仿真结果给出了结构服役过程中允许的最大层间裂纹半径,为合理确定工程制造精度提供了依据.     

大负载高精度光栅拼接柔顺并联机构的设计方法

由于加工工艺的限制，通常采用多块小口径光栅机械式拼接的方法来制备大尺寸光栅。为保证打靶成功，要求光栅拼接机构可以实现纳米级的运动精度。基于压电陶瓷驱动的柔顺并联机构可以达到纳米级的运动精度，但是柔性关节的引入降低了机构的承载能力。为解决柔顺并联机构中存在的“大负载”与“高精度”之间的矛盾，引入驱动与承载单元解耦的思想，基于约束设计法提出一种满足大口径光栅拼接机构大行程、大负载、高精度要求的新型光栅拼接柔顺并联机构，该机构具有刚柔混合、串并混联、三面正交、单点支撑、存在一条恰约束被动支链的特点。为实现光栅拼接机构的高精度运动，对设计的新型光栅拼接机构进行运动学分析，并搭建试验系统测试拼接机构的运动精度。试验结果表明利用所提设计方法设计的光栅拼接柔顺并联机构能满足拼接机构的任务要求。     

可重构机器人构形容错性分析及控制的研究

首先对可重构机器人工作构形的容错性进行了研究,以相对可操作度和容错空间作为评价指标,分析了各关节对当前工作构形容错性的影响.在满足任务对构形性能要求下,通过增加较少数量的关节补偿容错性能较差的关节,进而提高工作构形的容错性能.然后对形成的容错构形的控制方法进行研究.最后进行实例仿真,验证构形容错控制方法的可行性和通用性.     

轻质复合材料天线辐射梁单元研究

为解决传统钢制大型天线辐射梁单元重量大、重复安装精度差、易腐蚀等问题,采用钢制球形接头与碳纤维复合材料管材胶接组合的方式,对复合材料管材和胶接接头进行了合理设计,成功制造出某大型天线轻质复合材料辐射梁单元。对此辐射梁单元进行了有限元分析与实测研究,能够很好地满足天线使用要求。结果表明：与传统的钢制辐射梁单元相比,复合材料天线辐射梁单元减重50％左右,辐射梁刚度好、强度大,安装一致性好、精度高,特别适合重复安装的大型天线。     

组合支撑方式下气动多维力多点测量研究

飞行器的设计通常需以其模型在风洞试验中所获取的气动载荷为依据.对于大尺寸、大长径比的飞行器模型,其测试空间受限,常规支撑装置与测量方法难以满足风洞试验的尺寸与动态特性要求.针对上述问题,以压电传感器为核心测试元件,提出了一种结合张线支撑和尾部支撑的组合支撑方式,开发了一种支撑装置与测试元件一体化的气动多维力测试系统.分...     

变结构PID在大型望远镜速度控制中的应用

为了满足大型望远镜对于速度控制响应快、超调量小、稳态精度高、低速运行平稳的要求,在分析经典PID控制算法的基础上,提出了一种变结构PID控制器。通过构造以控制误差为自变量的比例增益、积分增益、积分变增益和微分增益等函数,变结构PID能够根据瞬时误差实时改变其结构和参数。针对某大型望远镜的传递函数模型,仿真验证了变结构PID的作用,并比较了经典PID与变结构PID的控制性能。实验结果表明,该望远镜能够以最大加速度达到期望速度,且无速度超调,以20(°)/s运行时的最大稳态误差为0.0167(°)/s,以10(″)/s运行时的最大稳态误差为0.7(″)/s。仿真和实验结果均证明:基于变结构PID控制器的速度控制系统能够满足大型望远镜的要求。