计及小幅晃动充液部件多体系统动力学递推建模与分析

任何复杂机械多体系统都可转化为等效的树形系统.将充液系统中液体与贮箱分为独立的子结构,通过动量定理和动量矩定理得到原系统液体-贮箱间晃动作用力的表达,利用空间算子代数理论对小幅晃动的充液系统进行动力学递推建模.采用有限元法对液体进行模态分析而获得液体小幅晃动的波高函数和速度势函数的自由晃动模态的表达.贮箱与其相邻物体之间可等效为弹簧阻尼的连接方式,在贮箱连体坐标系原点的位置上链接6自由度的液体内接虚铰,将液体晃动的运动学参数变量和动力学参数变量通过虚铰与贮箱进行传递,又保留液体晃动的最大信息量.未知贮箱运动情况下,贮箱内接虚铰相当于欠驱动关节,这种多体系统动力学递推过程中仍保留刚-液耦合机理,从而推导出基于空间算子代数理论液体小幅晃动的充液多体系统高效率动力学递推算法.     

柔性多体系统混合递推动力学建模及实时仿真研究

进一步发展了空间算子代数理论体系,采用空间算子描述了广义柔性多体系统动力学高效率建模以及实时仿真问题。根据不同类型的铰链特征(主动关节、被动关节)描述了广义柔性多体系统特征,按照两次从系统顶端到基座和一次从基座到顶端的顺序分别计算系统的广义铰接体惯量算子、系统的冗余力算子以及广义加速度和广义主动力矩,进而建立广义柔性系统O(N)阶动力学模型。采用线性多步积分算法理论解决了大型微分代数方程的数值积分算法,实现了实时动力学仿真的目的。最后通过实例结果对比验证了研究内容的正确性和高效性。     

双连杆柔性臂动力学建模与仿真分析

基于修正的固定界面子结构模态综合法———Craig-Bampton法,利用多体系统动力学仿真分析软件MSC.ADAMS与有限元分析软件MSC.NASTRAN完成对双连杆柔性机械臂动力学建模,进行了运动学仿真分析,并且与刚性臂运动相比较,对柔性机械臂末端运动振动信号进行了频谱分析。分析结果表明,这种方法在多柔体系统建模和分析中是精确和高效的。     

基于空间算子代数理论计算多体系统动力学建模

为了提高计算多体系统动力学正、反向动力学建模效率,应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下,对计算多体系统正、反向动力学进行设计与实现.广义质量是联系旋量力和旋量加速度的的重要参量,据此可形成正、反向动力学高效递推算法,用空间算子代数理论求出广义质量、正、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征.运用VB.NET编程软件实现与Mathematica6.0软件无缝集成,对计算多体系统动力学仿真及正、反向动力学进行参数化分析与计算,给出编程实施过程及建模IDEF0方法.根据分析结果,对PUMA560机器人典型多体系统进行正、反向动力学建模,并与结果进行对比,通过算例验证结果的正确性和有效性.     

柔性空间机械臂的动力学仿真及控制

介绍了柔性机械臂的基本理论及建模方法,利用有限元软件ANSYS创建机械臂的模态中性文件,并导入到多体系统动力学仿真软件ADAMS中,替换掉机械臂的相应刚性结构部分,进行运动学和动力学仿真,对比分析柔性体对机械臂末端执行器运动精度及动力学特性的影响,再进行ADAMS和MATLAB的联合仿真,在simulink中建立反馈控制方案,实现机械臂末端执行器运动轨迹的精确调控,为空间机械臂的优化设计提供参考和依据。     

基于空间算子代数理论多体系统动力学雅可比矩阵设计与实现

应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematic5．2的环境下,对多体系统动力学雅可比矩阵进行设计与实现,主要用于速度和静力的高效递推算法,用空间算子代数理论求出雅可比矩阵简洁形式,具有编程效率高、直观等特征。运用VB．NET编程软件实现与Mathematic5．2软件无缝集成,对多体系统动力学仿真及雅可比进行参数化分析与计算,给出了实施过程。根据分析结果,对Stanford机器人进行了雅可比设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了结果的正确性和有效性。     

基于旋量递推的自由漂浮树形空间机器人雅可比矩阵推导

由于大型自由漂浮的树形空间机器人系统自由度数多、拓扑结构复杂难以描述,且其本体与操作臂之间存在强烈的耦合作用,因此系统的运动学和动力学的建模过程复杂且效率不高。将树形空间机器人系统划分为基座固定的机器人系统及基座浮动且关节锁定的机器人系统两部分,可以避免分析本体与操作臂之间的耦合运动。结合旋量理论与递推算子可以直接得到易于计算机编程实现的广义雅可比矩阵。整个计算过程简单、效率高。     

基于旋量与模态分析理论的多柔体系统反向动力学仿真

基于旋量与模态分析理论基础上,对多柔体系统的质量矩阵、刚度矩阵、反向动力学等进行了研究,由于质量矩阵是动力学研究的核心,因此质量和刚度矩阵的递推算法,以及它们可逆性的存在是形成高效算法的关键。运用Mathematica6.0软件,实现了多柔体系统反向动力学的符号推导;运用VisualC++编程软件实现与Mathematic6.0软件无缝集成,对多柔体系统动力学仿真及反向动力学进行参数化分析与计算,给出了实施过程。通过对某小型卫星算例验证,并与ADAMS的仿真结果进行对比,表明了结果的正确性和高效性。     

MATHEMATICA编程技术在多柔体动力学建模中的应用

在通用计算机符号演算软件MATHEMATICA的环境下,研究了多柔体系统动力学的计算机符号演算方法,求取了建模中至为关键的质量矩阵M及与速度二项式相关的广义力Qr,并通过算例验证了结果的正确性和有效性。     

整流罩抛罩动力学分析

采用拉格朗日方程和有限元技术相结合的方法,分析了卫星整流罩抛罩过程,该过程涉及空间多柔体系统动力学问题,推导了多柔体系统动力学建模所需的质量矩阵及其导数,通过实例计算得到整流罩抛罩动力学响应曲线,验证了该方法的可行性和正确性。     

空间机械臂末端力/位容错过程中关节参数突变抑制

为了实现空间机械臂关节失效后容错操作,提出了空间机械臂末端力/位容错过程中关节参数突变抑制方法。基于机械臂关节空间和操作空间的力/速度映射关系,分析空间机械臂末端力/位容错条件,建立机械臂末端容错运动学和动力学方程;进而将运动学可操作度和动力学可操作度分别引入机械臂容错运动学和动力学方程,在此基础上建立机械臂末端力/位容错过程中的关节参数突变抑制优化函数,并利用粒子群算法实现对优化函数的求解。仿真结果表明,该算法能够在实现空间机械臂末端力/位容错的同时有效抑制关节速度和力矩突变。     

装载机工作装置刚柔耦合动力学分析

以装载机工作装置主要受力件之一的连杆作为研究对象,结合多刚体动力学和柔性体动力学理论,建立连杆的刚-柔耦合运动学、动力学数学模型。并在ANSYS软件中生成它的有限元模态中性文件,将其导入到ADAMS软件中建立的装载机工作装置虚拟样机上,进行相应的运动学、动力学仿真分析。研究工作装置中连杆柔性体对工作装置性能的影响,揭示了工作装置中柔性体与刚性体耦合时的运动学、动力学特性,为复杂机械系统运动学、动力学特性的研究提供了可供借鉴的思路。     

刚柔耦合的自卸汽车举升机构动力学分析

为得到更加真实的自卸汽车举升机构动力学特性,将举升机构的拉杆和举升臂视为柔体,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对举升机构拉杆和举升臂进行模态分析,输出模态中性文件,在多体动力学软件ADAMS中引入模态中性文件,并考虑了悬架钢板弹簧和轮胎的柔性,建立刚柔耦合的自卸汽车整车虚拟样机模型。利用多体动力学软件ADAMS,对举升机构构件均为刚体和举升机构的拉杆、举升臂为柔体时进行动力学仿真分析,得到了举升机构各铰接点作用力的变化规律。结果表明,举升机构刚柔耦合建模与刚体建模相比,获得的作用力较小,为举升机构的设计提供了依据。     

基于算子表达的柔性机器人动力学建模研究

柔性机器人反向动力学是已知机器人末端广义线速度、广义角速度、广义加速度以及每个铰链和操作臂的广义质量后,求解各铰链的广义力。以柔性机器人为研究对象,应用空间算子建立了一套新的关于链式开环柔性多体系统反向动力学的空间递推算法。这个算法同样适用于刚体机器人系统的反向动力学分析。经过对两连杆柔性机器人计算和仿真验证表明,与传统的分析链式柔性多体系统反向动力学的O(N3)阶算法相比,本算法是高效O(N)阶的,并具有可编程性高,应用广泛等特点。     

车辆纵-侧-垂向动力学统一建模及实车验证

目前车辆动力学模型多从各运动方向或关注的运动姿态来分别建立,缺乏纵-侧-垂向动力学统一建模思路。为全面描述车辆多系统耦合下的复杂系统非线性动力学行为,研究一种车辆纵-侧-垂向动力学统一建模方法。建立包含发动机动态特性、传动系统和车轮的动力传动系统模型,在分析车体运动学特性的基础上,采用拉格朗日分析力学方法建立同时反映车辆纵向、侧向和垂向运动特性的强非线性统一动力学模型,并建立悬架和轮胎模型求得作用于车体的广义力。利用某车型的标准数据和实测数据,进行车辆纵-侧-垂向动力学统一模型的多工况仿真验证和实车验证,所建立的车辆动力学模型能够精确模拟实际车辆的复杂动力学行为特性,验证了车辆纵-侧-垂向动力学统一建模方法的有效性和可行性。可为智能车辆控制系统设计和功能验证提供高保真度的仿真载体,缩短控制算法开发时间。     

修正的Craig-Bampton方法在多体系统动力学建模中的应用

针对空间实验室、柔性机械臂等柔性多体系统，借助结构动力学中的Craig-Bampton模态综合方法，对其进行修改并用于描述弹性变形，将模态综合方法和多体系统建模常用的混合坐标法相结合，以适合刚体运动与弹性运动的耦合，更好地反映了系统的动力学特性。结合ADAMS、ANSYS软件，可充分利用该方法对柔性多体系统进行计算机仿真分析，进而进行优化设计等。     

天线座多柔体动力学建模与仿真分析

天线座作为支撑天线阵面探测目标的传动机构,是机械扫描雷达的一个典型部件,其动力学响应特性直接影响天线波束的指向精度。文中基于ADAMS仿真软件,以第1类Lagrange（拉格朗日）方程为建模理论,建立了天线座多柔体系统动力学模型,分析了天线座齿轮副接触力、转动角速度、转动角加速度等动力学响应特性,并与天线座多刚体动力学模型仿真结果进行了对比分析。仿真得到的天线座动力学典型数据与试验结果基本一致,表明文中采用的多柔体系统动力学建模方法及建模过程合理。该动力学建模方法可供后续类似结构设计借鉴和参考。     

冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划

在研究冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划以实现在空间机器人末端进行连续路径跟踪的过程中基座姿态无扰动。提出一种具有奇异鲁棒特性的反作用零空间算法以完成冗余空间机器人关节运动与基座姿态扰动的解耦控制,其克服了传统基于反作用零空间算法中的算法奇异问题,且结合奇异鲁棒逆以及变阻尼系数克服动力学奇异,进而得到奇异鲁棒的空间机器人基座姿态无扰动路径规划算法。建立基于MATLAB/Simulink的空间机器人数值仿真系统以验证所提出算法的实用性以及可靠性,仿真结果表明提出的算法具有可行性。     

柔性机构的动力学综合法建模与分析

首先对现有的多柔体动力学建模方法进行了分析与比较，指出“把多体动力学与有限元相结合的综合动力学建模法”是适合于大型复杂柔性机构动力学分析的较好方法。其次，结合有限元方法详细讨论了“综合法”的程式化建模过程。最后，通过分析综合法建模的特点，讨论了多柔体系统“综合法”动力学分析的发展趋势。     

利用牛顿—欧拉动力学识别机器人连杆惯性参数

基于机器人基座力传感器的输出信号探讨了利用牛顿—欧拉动力学递推方程识别机器人连杆惯性参数的方法。首先通过理论推导阐述了利用该方法识别机器人连杆惯性参数的求解思路与步骤,其次采用仿真计算验证了该识别方法的有效性。使用上述方法识别的机器人连杆惯性参数包含了机器人的关节特性,进行动力学建模时,无需再对机器人的关节特性建摸。