垂直钻井并联调整装备的设计与分析

针对当前大型钻井垂直调整技术有限的状况,设计了一种适用于垂直钻井条件下的12输入6自由度并联调整装备。该装备机构具有6个结构对称的冗余支链,每个支链由复合转动副和复合球副组成,复合转动副与复合球副间通过两个移动副连接。基于ANSYS软件对机构进行模态分析,得到动平台前6阶频率分布和模态振型,以及动平台沿着X、Y、Z方向的位移频响。结果表明,动平台对46Hz频率的外力最为敏感。此外,采用三维搜索法确定了6自由度平台的工作空间,对分析参数对整个机构的影响关系及优化参数具有借鉴意义。     

柔索驱动并联腰部康复机器人设计、分析与试验研究

腰部损伤患者众多而康复师和智能化康复设备短缺,为了帮助患者恢复腰部运动能力,设计一种新型柔索驱动并联腰部康复机器人(Cable-driven parallel waist rehabilitation robot,CPWRR)。机器人由柔索驱动并联平台、下肢外骨骼和上肢固定机构组成,实现患者腰椎三自由度转动康复训练。考虑人体下肢与运动平台的运动耦合,力学分析过程引入两组辅助坐标系建立机器人的运动学模型,并运用拉格朗日法建立机器人的动力学模型。以人体腰部转动康复训练为实例,规划腰部运动轨迹,进行CPWRR康复训练数值模拟;同时,搭建CPWRR试验平台,进行康复训练试验。对比数值模拟和试验结果,柔索长度和拉力的数值模拟结果与试验数据相吻合,腰部的实际运动轨迹与预定的运动轨迹基本相同,表明CPWRR能够完成腰部康复训练,是一种前景良好的腰部康复设备,试验数据对柔性智能化医疗康复设备具有参考意义。     

一种附着系数实时可调的汽车制动模拟试验台 设计、分析与实验研究

为了实现车辆制动模拟试验中附着系数的准确模拟和实时可调,设计了一种汽车制动模拟试验台,通过控制磁粉离合器励磁电流,实时模拟不同路面附着系数;搭建了基于路面识别的单轮车辆制动系统仿真模型,进行了单一路面和跃变路面下的制动仿真;研制了车辆制动模拟实验系统,开展了单一路面下汽车制动模拟实验和跃变路面下附着系数跟踪控制实验。研究结果表明,在湿沥青路面上以120 km/h初速度制动时,相比于基于固定目标滑移率,基于路面识别的最佳滑移率下的制动距离缩短了3.1%,且在低附着路面下更为明显;单一路面下制动时车速和轮速的实验值与仿真值基本吻合;跃变路面下附着系数最大跟踪误差仅为6.2%,跟踪控制效果良好。     

柔索驱动并联机器人运动控制研究

针对柔索驱动并联机器人的工作特点，研究柔索驱动并联机器人的运动控制方法。通过对柔索驱动并联机器人系统动力学的强非线性、参数不确定性以及受到外界干扰等系统特性的分析，探讨了系统适用的控制策略。进一步，设计了一种将常规PI控制和Fuzzy控制相结合的Fuzzy-PI混合离散控制策略来实现柔索驱动并联机器人轨迹跟踪控制。这种控制策略不仅能发挥模糊控制鲁棒性强、动态响应快的特点，而且具有常规PI控制器的动态跟踪品质和稳态精度。在此基础上，为了进一步提高Fuzzy-PI混合离散控制系统的适应能力，设计了一种带有自调整因子的模糊控制规则。数值结果表明，在相同给定条件下Fuzzy-PI控制算法、常规模糊控制和离散非线性PID控制算法跟踪期望轨迹时，沿X方向、Y方向和Z方向的跟踪误差分别在 ±10cm、±7cm、±3cm，±15cm、±8cm、±5cm，±15cm、±9cm、±4cm的范围内。     

柔性并联机器人的研究进展

根据掌握的大量文献资料,对柔性并联机器人的构型、机构性能、运动学、动力学和控制策略等几个领域的主要研究成果进行了系统总结。指出了在柔性并联机器人动力学建模和控制研究中应解决的主要问题,以明确进行研究的方向。文章对柔性并联机器人的系统分析和控制研究等的进一步开展,具有一定的参考价值。     

基于参数BP网络的自整定PID控制在柔性结构控制中的应用

针对大射电望远镜(LT)悬索粗调系统为一非线性慢时变大滞后柔性系统的特点,提出用参数BP神经网络自整定PID控制器来实现馈源轨迹跟踪策略.仿真研究表明,该控制算法可以很好地满足馈源系统轨迹跟踪高精度要求.     

柔索驱动并联机器人动力学建模与数值仿真

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点.500 m口径大射电望远镜(Five-hundred meter apertuer sphreical radio telescope,FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人.基于此,根据FAST 5 m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力.其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型.最后,针对FAST 5m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的.     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

基于最小二乘方法的索网反射面形状精度调整

根据大射电望远镜索网主动反射面的变形调整要求,提出了基于最小二乘优化模型的迭代调整方法。优化模型以节点载荷增量为设计变量,追求调整后的节点位置相对于设计抛物面的残量平方和最小。线性化残量函数便可得到调整所需产生的位移场。采用基于弹性悬链线解析表达式的悬索单元建立了索网反射面的力学模型,得到了节点载荷增量与节点位移之间的关系;从而可以根据给定的变形场得到对应的调整力增量。数值算例表明所给调整方法具有很好的收敛速度。     

可重构柔索并联机器人协同避障方法研究

针对可重构索驱动机器人自身结构与环境障碍物间高碰撞风险问题,设计了一种基于临界支撑线及多指抓握的可重构柔索机器人协同避障方法。通过简化环境障碍物与机器人结构得到一类可重构柔索机器人在复杂环境下的一般模型,在此模型基础上利用其结构的拓扑约束及障碍物间的临界支撑线求取机器人的无碰撞运动区域;通过凸包算法及凸包映射算法求取不同构型及障碍物分布下可重构柔索并联机器人的力封闭工作空间,并分析不同构型及障碍物分布对机器人无碰撞力封闭工作空间的影响;随后,通过优化算法求取指定运动轨迹上最优索分布;最后在重构索驱动机器人实验平台对所得优化结果进行验证。实验结果显示,所设计的可重构柔索机器人协同避障方法能有效避免重构索驱动机器人运动过程中的碰撞。