基于改进BP神经网络优化的牛头刨床动力学仿真

针对牛头刨床刨头切削速度不平稳问题,采取改进BP神经网络对六杆机构进行优化.建立牛头刨床六杆机构运动简图模型,推导出刨头动力学方程式.构造六杆机构运动参数优化目标函数,采用改进BP神经网络对六杆机构约束参数进行优化.将优化后的参数导入到Solidworks软件中建立三维模型,并且进行动力学仿真.仿真结果显示,与优化前相比,优化后的牛头刨床,不仅延长了刨头的工作时间,而且在工作行程过程中,速度和加速度(0.3~0.8s)运动较为平稳,牛头刨床振动幅度降低.采用改进BP神经网络优化牛头刨床六杆机构,可以提高刨头工作效率和切削的稳定性.     

履带消防机器人动力学分析及悬架参数优化

针对履带式消防机器人在恶劣环境中作业时云台不稳定的问题，对消防机器人的悬架参数进行优化。首先，建立消防机器人动力学模型，通过试验获得关键参数的数据，进一步提高模型精度，并与整机试验对比验证模型的准确性。然后，选取悬架参数为设计变量，平台振动加速度均方根值为目标值，基于响应面法构建代理模型，建立设计变量与目标值之间的显式函数关系。最后，采用遗传算法对目标函数进行优化求解。优化结果表明：优化后云台振动加速度均方根值减小8.43%,云台的稳定性更好。     

一种新型游览车悬挂支撑系统的动力学优化设计

针对游览车在路面有小障碍时会产生振动的情况,在ADAMS中对单个支腿建立刚体动力学仿真模型,得到支腿上下运动加速度数据,以最小化其加速度均方根为目标函数,以碟簧阻尼、铰接轴安装位置等为设计变量进行优化设计。结果表明,优化后支腿振动减轻,对提高游客乘座体验、减少轮胎磨损、延长悬挂支撑系统使用寿命周期等,具有良好的工程应用价值。     

四级行星齿轮减速器耦合系统动态性能优化

为研究复杂激励作用下多级行星齿轮减速器的耦合振动响应及动态性能优化方法,以某型海洋平台升降齿轮箱为对象,建立了包含时变啮合刚度、传动误差、啮合阻尼、齿侧间隙、摩擦力矩、结合部刚度和阻尼等因素的四级行星耦合系统动力学集中参数模型,采用龙格库塔法对额定工况下的动力学方程进行求解,并将计算所得的振动响应与实测结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上,提出了基于谐波平衡法的多级行星齿轮耦合系统动态优化方法,以减速器壳体尺寸参数和齿轮副基本参数为设计变量,减速器总传动比、实际中心距、轮齿强度等为约束条件,振动加速度均方根值和总体质量最小为目标,建立多目标混合离散优化模型,基于分枝定界算法编写程序求解模型,获得最优设计变量。结果表明,优化后减速器总质量减小8.2%,传动系统振动加速度降低33.4%,壳体振动加速度降低70.5%,优化效果明显。     

深孔钻削中钻杆扭转振动模型的建立及求解

利用钻杆的几何方程、运动平衡方程和本构方程,根据深孔钻削中钻杆所受载荷特性,借助弹性杆理论,建立了钻杆扭转振动的动力学模型,并采用分离变量法求得了钻杆扭转振动扭转角的表达式。在给定初始条件和边界条件的情况下,可以得到钻杆扭振运动的固有频率和主振型。与已有研究进行对比,得出深孔加工中钻头与工件相互作用以及切削液对钻杆扭振的影响不可忽略。为进一步弄清钻杆动力学性能,以及设计合理的扭振动力减振器并进行各项参数优化,奠定了理论基础。     

基于混合离散方法的多级齿轮传动系统振动优化

综合考虑齿轮副啮合刚度、啮合阻尼和传动误差,基于集中参数法建立了多级齿轮传动六自由度纯扭转模型微分方程,采用谐波平衡法求解得到系统各部件的振动加速度;以所有部件的质量和振动加速度最小为优化目标函数,各级齿轮副的齿数、模数和螺旋角等为优化设计变量,齿轮强度、传动比和重合度等为约束条件,建立了多级齿轮传动系统振动优化模型。基于分支定界算法,在MATLAB中编写混合离散优化程序,求解得到最优的设计变量;进而对振动响应进行重分析,验证了优化效果。结果表明,优化后系统加速度平均值较优化前减小了33.5%,总质量较优化前减小了12.96%,优化效果较为显著。     

减振镗杆稳健性分析及优化

为提高镗杆减振性能的稳健性,建立减振镗杆的二自由度系统动力学模型。运用蒙特卡洛仿真方法系统地分析了减振镗杆不确定性因素对动力放大系数的影响规律。综合考虑参数与变量不确定性,以减小激振频域内的最大动力放大系数的均值和标准差为优化目标,对减振系统进行了稳健设计。遗传算法求解结果和仿真试验表明,优化后的减振镗杆减振性能及其稳健性得到了显著改善。     

回转梁动力学方程求解的数值方法研究

考虑驱动力矩、重力、哥氏力、运动阻力和惯性耦合力，根据考虑横向弯曲变形的Euler-Bemoulli细梁模型，并考虑离心力作用下的拉伸变形，建立回转运动梁的动力学模型。将梁根部的回转角度分解为整体刚性运动回转角度和刚体运动和柔性运动激发刚柔耦合回转角。将梁的柔性振动位移也分解为由整体刚性回转角所激发的动力激励振动和刚柔耦合回转角运动及刚柔耦合项共同激发的刚柔耦合振动。整体刚性回转角和动力激励振动，通过数值方法(如龙格-库塔法)求解，而将刚柔耦合回转角和刚柔耦合振动，通过奇异摄动法求解。通过数值方法和奇异摄动法相结合的方法，能够正确计算刚柔耦合回转角及其对梁振动位移的影响，更精确、深入地分析回转梁的动力学特性。     

基于ADAMS的含间隙柔性酒瓶装箱机构的优化设计与动力学仿真

基于ADAMS仿真软件平台,对酒瓶装箱机构进行了建模仿真,并以抓头加速度最小为目标函数对机构进行了结构优化。基于间隙矢量模型,考虑运动副间隙和杆件柔性的影响对酒瓶装箱机构重建模型,并基于非线性碰撞接触力模型建立了构件接触处的碰撞接触力与位移关系,得到了运动副间隙和杆件柔性对机构运动特性及动力学特性的影响规律。结果表明:当同时考虑运动副间隙和连杆柔性时,柔性杆对轴销和轴套的碰撞有一定的缓冲作用,从一定程度上消减了运动副间隙对目标点运动特性的不利影响。     

考虑三维运动和相对滑动的滚动球轴承局部表面损伤动力学建模研究

滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由度,并且考虑了元件之间的相对滑动和润滑牵引特性。在对局部表面损伤进行建模时,完整考虑了损伤出现后由于材料缺失而引入的额外间隙,以及损伤对赫兹接触刚度及接触载荷作用方向的影响。研究滚球在通过局部表面损伤时轴承的加速度与滚球/损伤之间冲击力的对应关系,以及轴承转速和损伤宽度对轴承振动响应的影响规律。仿真结果表明,由于考虑了相对滑动和滚球/损伤之间冲击力的影响,本模型能够对具有局部表面损伤的球轴承进行更为合理的动力学特性分析,可为滚动球轴承的疲劳损伤分析和故障定量诊断提供一定的理论依据。     

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统,对其建立多刚体运动学模型,仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上,对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理,添加随机柔性扰动,得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案,通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化,定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数,并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明,在满足系统约束条件的情况下,机械臂运行平稳,不存在角速度突变的情况,相比于基本粒子群优化算法,CPSO算法保证了粒子群体的随机性,提高了群体的多样性,且收敛速度较快,不会陷入局部最优,在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小,从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数,减小机械臂柔性末端的振动变形。     

约束阻尼变密度材料属性合理近似插值模型全域灵敏度减振优化

针对圆柱壳约束阻尼拓扑减振优化问题，基于变密度材料属性合理近似插值模型，构建以模态损耗因子最小为优化目标的拓扑减振模型，引入振型控制因子MAC评价振型的阶跃状态，寻优迭代轻量化约束设计域内的减振优化解。推导目标灵敏度的插值模型，演算全域优化求解算法，建立∞-范数的全域灵敏度拓扑变量优化准则，避免非凸优化函数的部分目标灵敏度参与优化迭代的局部优化解和跳跃。编程实现了壳构件约束阻尼结构的减振优化分析。结果表明：全域优化算法寻优域广，迭代历程稳定时间短、敷设部分阻尼材料易获得有效的减振效果。     

液压驱动机械臂的轨迹规划

提出了一种基于液压驱动的机械臂轨迹规划方法。在对n自由度机械臂进行基于C空间的无碰撞轨迹规划后,根据液压驱动机械臂的特性,并在对机械臂运用ADMS进行运动求逆的基础上,采用抛物线过渡线性插值算法对液压缸进行了运动优化,得到了基于无碰撞的优化轨迹。仿真及实装试验结果表明,所规划的运动轨迹符合各项性能指标,同时也验证此方法是有效的。     

漂浮基柔性两杆空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动控制

讨论了漂浮基柔性空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动最优控制问题。首先通过合理选择联体坐标系,实现两柔性杆弹性变形之间的解耦;根据拉格朗日方程与动量守恒原理,建立了载体位置无控、姿态受控飘浮基两杆柔性空间机械臂系统的动力学方程。接着利用奇异摄动法,将这个柔性两杆空间机械臂系统分解为一个慢变子系统与一个快变子系统。以此为基础,提出了一个包含慢变控制项与快变控制项的复合控制器。利用动态滑模观测器得到慢变子系统的观测速度矢量,基于这个观测速度矢量设计系统的鲁棒慢变控制律来实现载体姿态、关节轨迹的跟踪。利用线性观测器得到快变子系统的观测速度矢量,基于这个观测速度矢量与线性系统的最优控制理论设计系统的快变控制力矩,实现两柔性杆振动的抑制。最后通过系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

同步带传动机械手的建模与振动控制研究

为了实现硅片在测试过程中的自动传输,设计了一种同步带传动的机械手.由于同步带的柔性,在运动的过程中不可避免的带来振动.为了得到平稳的运动,建立了同步带传动机械手的数学模型,从机械设计和控制算法两方面来抑制机械手的振动,并通过计算机仿真进行了验证.     

OPTIMAL CONTROL OF THE FLEXI- BLE LINK MANIPULATOR WITH CONTROLLABLE LOCAL DEGREES OF FREEDOM

Although flexible manipulators own many potential advantages, one of their major disadvantages is the deterioration of the end-effector accuracy due to the flexibility. Therefore, how to reduce vibration is a significant problem. Inspired by the observation on the motion behaviors of animals, a new idea of decreasing motion deflection of the flexible manipulator is suggested. The concept of controllable local degrees of freedom is proposed and analyzed. By way of optimizing local motion provided by the controllable local degrees of freedom, the end-effector deflection of the flexible manipulator can be effectively decreased through dynamic coupling. The corresponding optimal method for vibration control of the flexible manipulator is put forward. The kinematic simulation is carried ant on a three-link flexible manipulator The corresponding results verify the feasibility of this method.     

基于混合类电磁机制算法的机械臂逆运动学解

机械臂的逆运动学问题可转化为等效的最小化优化问题,并采用数值优化方法求解。提出一种基于类电磁机制(Electromagnetism-like mechanism,EM)和模式搜索(Pattern search,PS)数值求解机械臂逆运动学问题的混合类电磁机制算法(Hybrid electromagnetism-like mechanism,HEM)。该方法利用修改的类电磁机制(Revised electromagnetism-like mechanism,REM)与模式搜索方法各自特性相互融合平衡算法对解空间的全局探索和局部开发能力,基准函数测试结果表明该算法改善了全局搜索性能及寻优解的可靠性。在此基础上以6自由度TX60型号史陶比尔工业机械臂为例,考虑以机械臂末端位姿误差构建适应度函数并采用上混合类电磁机制算法数值求解,仿真结果表明,与其他方法比较,该方法用较少的适应度值计算次数下就能搜索到期望精度的寻优解,并且能搜索到所有可能关节角逆解的潜在能力,验证了该方法的有效性。     

Stable joint torque optimization for multiple cooperating redundant manipulator system

In this paper, joint torque optimization for multiple cooperating redundant manipulators rigidly handling a common object is considered. This work focuses on finding the optimal and stable distribution of the operational forces of a multiple redundant manipulator system to the individual manipulators. Two joint torque optimization schemes (local joint torque minimization and natural joint motion) are formulated and compared. When a redundant manipulator with its joints free is driven by its tip, a naturally inducing joint motion can be called ‘natural joint motion’. From the simulation results of a system of three cooperating redundant manipulators, the natural joint motion scheme is shown to be better than the local joint torque minimization scheme with regard to global torque minimization capability and the resulting stability of motion. However, in order to guarantee the stability, the null space damping method is required for the both schemes. The effectiveness of the null space damping method is demonstrated by simulation. Additionally, the condition for the distribution of the operational forces required to drive the given system along a natural joint motion trajectory is addressed.     

多种群蚁群算法在机械手臂路径规划中的设计与应用

为了实现机械臂在复杂环境下准确、快速抓取目标物体,提出了一种多种群蚁群算法。首先,利用机械手臂运动学方法建立了数学模型进行分析;然后,根据自适应度函数不断调整机械臂的旋转角度以达到全局最优;最后,通过仿真实验,并与现有的机械手臂路径规划算法进行了对比。结果表明,该算法在抓取时间和精准度上具有一定的性能优势。     

角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化

深水作业机械臂通常采用串联式结构,机械臂每个关节的转动角度与长度会受到相应的限制,这些参数会直接影响到机械臂的运动轨迹规划和作业效率。机械臂的有效工作空间的求解是一个多目标多约束的优化问题。通过数学分析建立机械臂的运动学模型,分析影响有效工作空间的相关参数,利用图解法来分析机械臂工作空间的边界曲线,得到机械臂的有效工作空间的截面。针对机械臂有效工作空间的截面积建立数学解析模型,最后运用遗传算法求得满足约束条件下的机械臂有效工作空间最优解和能够实现高效作业的最优结构参数。仿真结果表明,该模型能够有效求解角度与运动约束下的串联式机械臂结构优化问题。