3-RSR/SP并联车载天线机构运动及力学特性分析

提出了一种新型3-RSR/SP并联式车载天线机构,基于螺旋理论分析机构自由度,发现在不同状态下机构自由度可变;建立机构的静力平衡方程和变形协调方程,并绘制不同工况下机构各构件所受力与机构位姿之间关系曲线;与3-RSR并联机构进行对比,所提出的机构驱动力矩较小,验证了其中间支链具有静力卸载作用。考虑车载天线的实际工况,通过拉格朗日方程法分别建立机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,并绘制与之相应的机构驱动力矩变化曲线,表明基座运动对驱动力矩影响较大。所提出的构型有助于拓宽并联机构在天线领域的应用,特性分析对后续样机研制具有一定参考价值。     

3-RSR构型天线并联机构的结构设计与仿真分析

将3-RSR构型并联机构应用于天线领域,结合天线俯仰、方位运动的需求,以及3-RSR构型并联机构的特性进行结构设计。考虑天线受力工况,计算极限风力下天线的风载荷,并对所设计的3-RSR构型天线并联机构进行有限元仿真,绘制变形与应力云图。拟合受载变形前后的过渡件平面,计算天线的指向精度,进而对天线模态进行分析,得到前十二阶固有频率与振型。所做研究对少自由度天线并联机构的研制具有参考价值。     

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.     

含间隙卫星天线双轴机构动态磨损特性研究

卫星天线双轴驱动机构是天线系统实现精确定位的关键组件,磨损间隙是影响天线指向精度及寿命的主要因素.采用非线性弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,进而建立了含间隙双轴机构的动力学模型,对其进行动力学仿真,提取出接触碰撞时的动力学参数,基于Archard's摩损模型计算运动副间隙的动态磨损量,从而得到间隙运动副的动态磨损特性,为进一步研究非规则时变间隙对卫星天线系统动态性能的影响提供基础.     

基于6-UPS并联机器人的副面调整机构设计

针对奇台110 m口径全可动射电望远镜（QiTai radio Telescope, QTT）天线副面调整机构的技术指标,文中提出了一种基于6-UPS并联机器人的副面调整机构。分别利用多刚体动力学分析和控制仿真软件对副面调整机构进行了虚拟样机建模和动力学仿真,得出副面调整机构运动关节在天线指天和仰平两种工况下从零位运动至指定位姿所需要的最大驱动力。进一步建立了大射电望远镜副面调整机构的有限元模型,对其零位时的结构进行了模态分析,得到了前6阶固有频率,为工程设计提供了理论参考。     

3RSR型并联式天线样机研制与控制实验

针对传统方位-俯仰型天线存在“盲锥区”的问题，基于3-RSR并联机构开展并联式天线的结构设计，进行动力学仿真分析以确定电机所需驱动力矩，并研制出天线样机。以PC为上位机、STM32控制器为下位机搭建天线样机的运动控制硬件系统，并为其开发相应控制软件。最后，针对所研制的天线样机开展运动性能与指向测试，以验证结构设计与分析的正确性以及控制系统的有效性。该研究工作有益于少自由度并联机构在天线领域的应用以及并联式天线的产品化。     

基于角度传感器的3-RSR并联机构位置分析

为实现包装线旋转装置的自动定位功能，提高3-RSR并联机构的位置分析的求解效率和求解方法的通用性，对其运动学算法展开系统的研究。首先对3-RSR并联机构的运动特性进行分析，基于机构的位置逆解和几何特征结合封闭解法建立约束方程，利用代数消元法将约束方程中的未知数消元，得到只含有一个未知数的一元高次约束方程；然后，在3-RSR并联机构的任意分支球副处添加2个方向相互垂直的角度传感器，基于旋转矩阵及约束方程构建含参数的求解模型；最后运用求解模型对3-RSR并联机构进行MATLAB算例仿真，求解得到了该机构的可视化编程结果和机构的运动学正解。算例仿真结果表明：在可视化求解结果中展现出来的3-RSR并联机构的位置正解方程组具有唯一解0.9125，且与实际设定位姿参数位型一致，从而确定唯一性。通过该位置分析方法可以有效正确求解机构的运动学正解，避免了正解存在多解的问题，有效解决包装线旋转装置的定位准确性。     

三自由度天线并联机构运动与力学性能分析

对三自由度天线并联机构的运动与力学性能进行了分析。基于天线工作要求,选择3-RSR、PU-2UPS和3-RPS并联机构作为天线座架构型,确定并联机构的基本参数,分析工作空间、驱动力、驱动力矩和功率,绘制工作空间图形,求解驱动力与驱动力矩变化曲线,计算电机功率。综合分析后,确认选择3-RSR并联机构作为天线座架构型最为适宜。     

含驱动摩擦的四自由度并联机构动力学分析

在考虑驱动摩擦的条件下,对一种四自由度并联机构进行了动力学分析。完全描述该机构动平台的位姿需要4个独立的广义坐标,根据运动特性推导出机构输入与输出的解析表达式,并基于牛顿-欧拉法建立了机构的动力学模型。将3种不同的静态摩擦模型引入各支链移动副,以一种3次多项式为动平台轨迹方程,得到了机构运动副约束反力和各支链驱动力。计算结果显示了摩擦对机构驱动力和运动副约束反力的影响。     

基于ADAMS的某高机动雷达天线动力学分析

文中简要介绍了某高机动雷达天线单元及其举升机构,应用ADAMS软件对该雷达天线举升机构建立了虚拟样机模型,对天线在自动架设过程中的精确位置进行求解,并分别进行了不同工况的动力学仿真分析。最后得到驱动丝杠的轴向载荷及伺服电机的功率。天线的运动情况清晰直观,详细比较了不同工况下天线运动过程中的力学性能差异。仿真结果表明,虚拟样机技术为产品的系统动态性能分析提供了有效手段。该研究结果可为工程设计提供理论依据。     

3-RSR并联机器人动力学研究

该文利用雅可比矩阵建立了3-RSR并联机器人动平台惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系，在合理的假设基础上，运用牛顿欧拉动力学方程得到了比较精确的动力学模型。再用拉格朗日方程建立动力学模型并和前者比较，在同样假设情况下，给出数值实例，两个模型的计算结果完全一致。牛顿欧拉法比拉格朗日法减少了大量的计算，但动力学模型仍保持3-RSR并联机器人的动力学特征，用牛顿欧拉方程建立的模型作为驱动力矩控制设计的基础是可行的。     

基于3-RSR并联机器人机构的天线支撑

分析了卫星通信中几种常见的天线支撑结构及其奇异性问题。讨论了３－ＲＳＲ并联机器人机构的结构特点及其运动学逆解等。提出将３－ＲＳＲ并联机构用做卫星天线支撑的方案。     

四自由度混联天线机构运动特性分析

天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构，并对混联天线机构结构进行描述，利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质；用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿，建立混联天线机构运动学模型，得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵；通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹，通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。     

2RPU-UPR并联机构在天线支撑中的应用

为了解决现有天线支撑机构不能同时满足高承载能力与大工作空间的要求,采用并联机构2RPU-UPR作为天线支撑机构,并对机构进行设计与实验。分析了并联机构2RPU-UPR的受力特征并建立了静力平衡方程。提出了最大承载能力与驱动分支运动范围两个优化指标,采用统一目标函数法建立两个指标的综合评价函数,对支撑机构关键尺度进行了优化设计,得到了一组机构性能优异的结构尺寸;研制了天线支撑机构实验样机,并进行了实验,实验结果表明：提出的天线支撑机构不仅能够承受大载荷,而且能满足横摇±90°、纵摇±90°的大工作空间需求,具有良好的应用前景。     

球面二自由度冗余驱动并联机器人系统动力学参数辨识及控制

以伺服电机驱动的球面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,首先,建立了机构惯性参数辨识模型,并规划了惯性参数辨识轨迹;其次,建立了机构运动副摩擦参数辨识模型和驱动系统的摩擦参数辨识模型,分别分析了二者的辨识原理,并规划了摩擦参数辨识轨迹;再次,通过辨识实验得到了机构惯性参数、机构转动副摩擦参数和驱动系统摩擦参数的辨识结果,利用辨识结果对原机构参数进行修正,获得了更为准确的机器人系统动力学模型,并通过轨迹测试实验,对辨识结果进行了验证;最后,制定了基于机器人系统动力学模型的前馈控制策略,与传统的机构运动学闭环控制策略进行实验对比,验证了该控制策略的可行性。     

新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构动力学性能分析

提出了一种新型PURU+RR+S球面并联人形机器人踝关节机构,根据机构的几何约束关系和速度合成定理,建立包括各个构件位姿、速度的机构运动学模型。在此基础上,考虑各构件惯性力的影响,基于虚功原理和拉格朗日方程,建立了机构动力学模型。通过实验测量,得到一组人体踝关节的运动学数据,利用傅里叶公式进行拟合,得到人体踝关节的位姿函数。将此位姿函数分别作为理论模型、踝关节虚拟样机的输出,得到踝关节机构输入的数值解、仿真数据,验证了运动学和动力学模型的正确性。研究结果为该人形机器人踝关节机构在工程中的结构设计与应用提供了动力学理论基础和依据。     

基于模糊控制的汽车路径跟踪研究

汽车是一个非常复杂的非线性动力学系统,难以建立精确的数学模型,而模糊控制方法适用于难以建立精确数学模型的对象。将模糊控制理论引入汽车操纵逆动力学中,以汽车三自由度模型为研究对象,根据侧向偏差和偏差变化率设计了车辆的路径跟踪模糊控制器。对某车型跟踪给定双移线和蛇形路径行驶情况进行了仿真。结果表明,模糊控制方法可保证汽车准确地跟踪给定参考路径,可以作为车辆路径跟踪控制的一种有效控制方法。     

基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响

为了研究车轮磨耗对高速列车动力学性能的影响,建立了车辆动力学和车轮磨耗耦合模型。考虑车辆通过一条由直线和曲线组成的典型线路工况,采用Non-elliptic模型计算轮轨接触斑上的车轮磨耗量,以累积车轮型面磨耗量及更新型面外形。采用Archard磨耗模型研究车轮面磨耗的分布与发展,以车轮踏面磨耗深度达到0.1mm为型面更新的条件进入下一个磨耗循环的计算。最后加载磨耗后的车轮型面,研究磨耗对车辆系统通过曲线线路时的动力学性能的影响。