基于Stewart平台的星上微振动主动隔离/抑制

针对星上微振动主动隔离/抑制的要求,以VCM(voice coil motor)作动器Stewart平台为控制装置,通过对其动力学模型解耦将控制转化为SISO(single input single output)问题;分析了Skyhook控制方法的隔振效果及其对抑振的局限性,在控制系统中加入了PFF(positive force feedback)控制回路,并引入加速度反馈环节以提高系统的鲁棒稳定性,形成一种振动主动隔离/抑制控制方法;利用Stewart平台的单杆开展了基础扫频激励和负载单频直接干扰共同作用下的S-DOF(single degree of freedom)微振动主动隔离/抑振控制实验,建立了Stewart平台刚/柔混合动力学模型并通过仿真研究了6-DOF振动主动隔离/抑振控制效果。实验和仿真结果表明:该方法可实现良好的振动主动隔离/抑制效果且性能稳定。     

基于MR阻尼器高空平台半主动抑振系统研究

针对自主研发的高空幕墙安装机器人作业平台进行了多维振动的研究。构建了以两自由度并联机构为主体结构,旋转式MR阻尼器为执行器的多维减振系统。采用Lagrange方程建立了减振系统的动力学方程,分析了其振动特性,设计了一种基于磁流变液剪切工作模式的旋转式磁流变阻尼器,分析了磁流变阻尼器的力学特性,对并联机构进行了运动学和动力学分析,并根据机构运动学方程推算出平台位置状态,多维抑振系统快速抑振。借助Matlab对整个系统进行了仿真实验,分析计算了该多维抑振系统的有效性和可行性。     

板材安装机器人抑振阻尼系统研究

介绍板材安装机器人与板材干挂工艺,针对机器人提升门架结构的低频振动问题进行振动模态分析,并对幕墙安装精度影响最大的门架左右方向振动进行抑制。通过对实际工况的分析计算和测量,创建扶墙系统模型,设计阻尼抑振扶墙机构,并对其抑振效果进行仿真和试验分析,该机器人末端执行机构振动曲线显示,增加抑振结构可达到很好的减振目的。     

动/静平台非一致型并联机构构型分析及设计方法

针对动/静平台非一致型并联机构的设计需求,提出一种基于尺度综合的机构构型设计方法。根据拓扑结构设计理论对目标自由度并联机构支链进行构造;确定平台联结铰点的数量及类型,对机构进行初步设计及动平台自由度校核;以一种五自由度动/静平台非一致型并联机构为例,运用一次尺度综合对机构尺寸参数进行一次改进,建立机构初步模型;定义冗余支链和角部支链,通过二次尺度综合对冗余支链位置进行二次改进,完成机构所有尺寸参数的计算,给出机构的整体模型;与相似尺寸下、相近工作空间内Stewart机构的局部传递指标图谱进行对比分析,该机构具有良好的运动/力传递性能,验证了所提出的并联机构构型设计方法的正确性和可行性。     

平面并联机构的残余振动控制

针对残余振动限制并联机构高速、高精度应用必须抑制残余振动的特点,以一个2自由度平面并联机构为研究对象,研究抑制其残余振动的方法。采用矢量法进行运动学分析,推导出动平台和各支链的速度和加速度,进而利用虚功原理建立动力学模型。为减少电动机动态对整个动力学系统的影响,每个输入轴分别单独设计一个PD(比例—微分)控制器,整个动力学系统包括这些PD控制器。根据试验测得的系统固有频率和阻尼比设计ZV(零振动)整形控制器。为验证ZV整形控制器的效果,对动平台单步移动情况下并联机构的响应进行仿真。仿真表明,输入整形控制可以显著减小并联机构中的残余振动,这种控制方法同样适用于其他类型的并联机构。     

基于索驱动的大型柔性结构振动抑制策略研究

柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适用于长距离柔性桁架结构的振动主动抑制。首先提出一种四索驱动的柔性体抑振并联机构,根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对四索并联机构进行运动学分析。接着建立四索并联机构的静力学模型,并将超长尺度柔性桁架机构的往复振动简化为梁的弯曲振动,利用振型叠加法求解外部激励作用下的强迫响应。最后针对超长尺度柔性桁架机构的振动抑制问题,提出一种基于模糊控制与PID控制相结合的控制策略,通过仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,所设计的柔索并联抑振系统具有明显的抑振效果,柔性桁架的振幅与振动衰减时间大幅降低,且系统的四索索力值能够在合适范围内变化。     

冗余驱动支链对3RPS并联机构刚度的改善

在考虑雅可比矩阵变化与动平台姿态偏移之间映射关系的基础上,基于螺旋理论和矢量微分法建立了3RPS并联机构末端位姿偏移与支链构件变形之间的映射模型。首先采用螺旋理论和矢量微分法分析了支链各构件刚度与整个支链刚度之间的关系,然后建立了3RPS并联机构的瞬时刚度模型,并分析了雅可比矩阵的变化对机构刚度的影响。对冗余驱动支链改善并联机构刚度的原理进行了分析,建立了冗余驱动并联机构的整机刚度模型。仿真分析和实验验证,冗余驱动支链确实能够改善并联机构的刚度。     

基于ADAMS/Vibration的并联机构振动仿真分析

提出一种基于刚柔结合的并联机构的新构型,并在ADAMS环境下,建立起振动分析所需的模型,对机构进行受迫振动分析.通过对相应的振动结果曲线的分析,证明了该机构振动平台的振动幅值是逐渐减小的,加入的柔索对机构的动平台有抑制振动的作用,机构的振动特性有了明显提升,为机构的应用和改进提出理论依据.     

风洞模型主动抑振器的设计与实验

研究了风洞模型主动振动的抑制原理,并结合叠堆式压电陶瓷作动器的压电效应设计了一套并联式主动抑振器。首先,针对模型支杆系统及其动力学特征,分析了支杆抑振原理,提出了一种基于叠堆式压电陶瓷作动器的风洞模型抑振器。然后,构建了抑振器实时控制系统,针对其驱动位移滞后的特点,研究了基于PD调节器的控制方法。最后,搭建了地面实验平台,利用锤击法和激振法对抑振器进行了地面实验。实验结果表明:抑振器具有提高支杆系统阻尼的能力,对风洞模型在俯仰和偏航两个方向上的抑振效果明显,特别是俯仰方向上,抑制器工作后系统阻尼比可由0.009提高到0.092,抑振后剩余振幅比例约为25%。试验结果验证了该风洞模型主动抑振器的可行性与有效性。     

3-PCR减振平台的振动特性研究

为实现多自由度减振,以3-PCR并联机构为主体机构构建三平移减振平台。在运动分析的基础上,建立了动平台的非线性振动微分方程,应用龙格-库塔数值分析方法求解,并通过ADAMS仿真验证。减振平台无阻尼自振分析表明,相同初始条件下主减振方向响应周期小于其他方向,减振平台响应周期与系统设计参数支承角相关,随支承角增大,主减振方向周期减小,其他方向周期增大;有阻尼瞬态冲击减振特性分析表明,主减振方向减振效果优于其他方向;增加阻尼可有效地抑制响应峰值。该减振平台具有良好的多维减振效果。     

Delta并联机器人弹性振动控制

采用有限元理论建立Delta并联机器人弹性动力学模型,将弹性振动引起的位置和方向误差看作是对名义运动的摄动,得出动平台位形误差与结点位移的关系方程,作为评定机构运动精度的依据。在柔性构件上粘附阻尼层,消耗系统振动能量,抑制杆的横向振动,对杆的纵向振动采用压电作动器进行主动控制,兼顾响应与控制能量实现最优控制。实例显示,对机构综合采用以上两种振动抑制措施,可以将机构的振动水平控制在很低的水平。     

含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构逆动力学建模

提出一类含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构,为解决该类机构的逆动力学问题,首先对机构进行运动学分析,建立支链与动平台末端的速度、加速度映射关系,并对运动学模型进行仿真验证;之后对3-RPS/3n-SPS机构进行受力分析,列出的平衡方程数目少于未知量个数,基于机构分支作用力与动平台末端位姿误差间的协调关系构建动力学补充方程,求解出该类机构中所有运动副的约束反力和机构分支作用力;基于达朗贝尔原理对机构进行逆动力学建模,建立了机构末端力和各杆件惯性力与机构分支作用力间的关系表达式,求解了3-RPS/3-SPS机构分支作用力、运动副约束反力及动平台位姿误差,通过分析机构分支作用力、运动副约束反力、动平台位姿误差随时间的变化规律,验证本文建立的3-RPS/3n-SPS并联机构动力学模型的正确性。所得到的动力学结果为该类机构的进一步研究和工程应用奠定了理论基础,此外该逆动力学建模方法也可用于其他含有冗余支链的并联机构中。     

基于性能图谱的2自由度RR&PRR解耦球面并联机构承载能力研究

2自由度解耦球面并联机构动平台通过两条支链与静平台连接,第1条支链由两个转动副(R)组成,第2条支链由1个移动副(P)、2个转动副(R)组成。在机构设计无量纲法建立2自由度解耦球面并联机构空间模型的基础上,对该机构的承载能力性能指标进行系统的分析,提出了应用性能指标均值及其波动情况描述机构承载能力性能的新方法,以等值线的形式绘制了该机构的承载能力性能图谱。     

并联机构支链误差耦合分析

针对并联机构误差耦合进行了分析研究.对一种3自由度并联机构进行分析,利用空间矢量链法建立误差模型,用数值法和解析法对机构进行正解计算,通过1阶摄动法将各支链不同误差代入误差模型中.虽然每条支链各部分的误差最终会累积到各个支链的末端,并且支链末端的误差也有各自的方向性,但最终体现在并联机构动平台中心处的误差并不是各支链各方向的累加,其最后体现到动平台末端的误差要比各支链方向累积要小,其主要原因是并联机构特殊的结构抵消了一部分支链误差.对六自由度Stewart机构也进行误差耦合分析,将不同误差代入矢量链误差模型,得出支链误差,再将支链误差代入数值法方程中研究,发现动平台误差也小于各支链平均误差.     

3-PCR并联机构的振动响应特性分析

当车辆运行路况恶劣,驾驶员不仅要承受振动的影响,还要承受严重的瞬时冲击力。为避开人体水平、横向及垂直方向上的敏感频率带,以及降低振动强度。首先,因减振装置的动力学模型为多自由度、多参数耦合且非线性复杂系统,利用矩阵变换法解耦,对有阻尼系统进行模态分析;然后,对三维减振装置进行振动响应分析,在动平台X、Y、Z方向上分别施加瞬时冲击力对系统进行仿真分析。仿真结果表明：该减振平台具有良好的减振效果,由于3-PCR并联机构三条支链相互耦合的原因,低频振动会维持一段时间然后再趋于稳定。     

同构支链H4并联机构的奇异性分析

H4机构对应于一组具有良好动态特性的并联机构,其动平台中心构件有3移动自由度和1转动自由度.这组并联机构中有4种同构支链机构,每一条支链均内含1个(S-S)2四边形杆组,差异之处是主动关节的形式或支链在动、定平台之间的布位方式彼此不同.根据这4种同构支链并联机构的结构组成分析,建立机构动平台及支链的力学平衡方程,得到机构的力雅可比矩阵.在此基础上采用线几何法对同构支链并联机构的位形奇异性进行分析,给出机构发生支链奇异、平台奇异和驱动奇异的判别条件,分析机构在奇异位形的运动性质.针对一种同构支链并联机构,列举机构处于支链奇异、平台奇异和驱动奇异状态时的位形示例.     

3PUS-S(P)变胞并联机构力传递性能研究

通过建立力螺旋在关节空间与操作空间之间的映射关系,对3PUS-S(P)变胞并联机构进行静力学分析。3PUS-S(P)变胞并联机构由动平台、静平台、3条PUS无约束支链以及1条S(P)变胞恰约束支链组成。机构具有2个构态,构态1时动平台具有3个空间转动自由度;构态2时新增一个垂直于动平台的移动自由度。首先,基于螺旋理论构造机构在不同构态下的6阶完整雅可比矩阵;其次,基于虚功原理得到少自由度变胞并联机构输入与输出之间完整的力映射模型,建立力传递性能评价指标;最后,对力传递性能评价指标与机构几何参数之间的映射关系进行了研究,为机构进一步的应用奠定基础。     

3-PRS并联机构的动力学惯量耦合特性分析

针对3-PRS并联机构动力学惯量耦合特性的问题,在关节空间中建立了机构的动力学模型,对机构主动支链之间存在的惯量耦合进行了研究.首先,给出了机构的运动学模型,针对动平台广义位姿、速度、加速度存在耦合的问题,分别通过约束方程、一阶影响系数矩阵、二阶影响系数矩阵,对其进行了解耦,并建立了各支链与动平台末端速度、加速度的映射...     

6-PTRT并联机器人动力学建模与优化

根据6-PTRT并联机器人机构及约束特点,对动平台及各支链进行运动学分析,利用虎克铰特性建立各支链动坐标系,计算各运动部件瞬态惯性张量,采用KANE方法推导出该并联机器人动力学模型。利用MATLAB软件和ADAMS软件联合仿真,验证所建立动力学方程的正确性。应用Akima插值法对动力学响应进行优化,结果表明,利用优化后动力学响应驱动各支链可有效提高机构运行稳定性。利用KANE方法建立动力学模型并用Akima插值法优化动力学响应能有效减少计算步骤,并得到平滑的动力学响应曲线,为并联机器人轨迹规划、动力学特性分析及高精度控制提供理论依据。     

基于球面并联机构的检测平台设计与性能研究

为提高光电产品自动视觉检测的准确性,研制了一种含冗余驱动支链的4SPS/S球面并联调姿平台样机。含冗余驱动支链的4SPS/S并联机构为调姿平台机构本体,具有绕动平台中心点的3个转动自由度,可以实现待检零件任意角度图像信息的获取。建立了该并联机构的运动学模型,导出了机构位置逆解方程和雅可比矩阵;基于雅可比矩阵的秩讨论了机构的奇异性,并验证了冗余驱动支链能消除机构内部奇异;基于雅可比矩阵的非冗余分解,提出了一种评价冗余驱动并联机构力传递性能的指标。分析机构动定平台球铰安装方式对机构运动学性能的影响,得到了机构姿态空间体积大、灵巧度好的动定平台球铰安装方式;设计制作了球面并联检测平台样机,分析并绘制了样机姿态空间以及灵巧度、力传递性能在姿态空间内的分布。结果表明,样机转动空间大,无内部奇异,灵巧度和力传递性能高且分布均匀,能满足光电产品瑕疵检测的工艺要求。