三自由度柔索并联机构运动性能分析

建立了三自由度柔索并联机构的运动学模型。依据静力学方程和矢量封闭原理求解机构的可控工作空间,并引入灵巧度和承载能力指标,以分析机构的运动性能。仿真分析验证了理论分析结果。     

并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法．以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程．利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究．为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明：由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符．多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能．这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法．     

基于动态柔度极小目标的光电跟踪设备拓扑优化方法研究

特定频带激励下结构动态刚度的提升对于高精度光学设备的测量精度有着重要的意义。传统的静刚度极大和谐振频率拓扑优化方法无法胜任设备在工况下的结构优化工作。本文在单频谐激励动态柔度极小优化的基础上,提出了静载柔度与频带激励下多目标加权动态柔度最小化结构拓扑优化模型。利用此方法对光电跟踪设备的找准架模型进行动态柔度极小拓扑最优设计。在综合考虑伺服动载及静载荷等工况下,利用此方法进行拓扑优化设计的结果使得结构在特定点的响应幅值量级减小,共振频率远离伺服频段。此方法也可间接进行多个特征值极大化设计。     

望远镜主镜柔性侧支撑机构设计研究

侧支撑是大型望远镜主镜支撑的关键技术之一,侧支撑机构具有结构复杂、精密性高、运动量微小、无污染等特点,其性能优劣直接影响望远镜的成像质量甚至主镜自身安全。相比于传统机械式铰链机构,柔性结构具有体积小、无摩擦、无间隙以及无需润滑等优点,更加适用于大型望远镜主镜侧支撑机构。本文通过对柔性结构柔度矩阵的分析,利用等效弹性模量方法降低柔性结构设计及分析难度;针对一种基于运动学平衡原理的柔性侧支撑方式,通过等效弹性模量方法优化柔性结构尺寸,以满足大型望远镜主镜对于侧支撑机构的面形精度、定位精度、热匹配能力、固有频率的技术要求。     

考虑运动副间隙的函数机构稳健设计

机构的随机因素使其运动输出在名义值附近波动,从而导致机构的运动精度和可靠性降低。为降低机构运动输出对随机因素的敏感度,提高机构运动品质,提出一种考虑构件尺寸公差和运动副间隙等随机因素的机构稳健设计方法。首先应用截尾混合降维法建立间隙机构运动误差的概率模型,然后采用田口质量损失函数导出机构运动的质量损失函数,再以此建立机构的稳健设计模型,最后以平面四杆函数机构综合为例,验证其方法的有效性。结果表明,该方法能够有效提高机构运动的稳健性,其设计所得机构的运动误差的平均均值和平均标准差分别比原机构减小55%和25%。     

刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.     

铣床整机动态性能的薄弱环节辨识与设计优化（英文）

基于机床结构模态柔度和弹性能分布理论,提出一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的动态优化方法.该方法通过分析切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,利用模态柔度和弹性能分布判定机床的薄弱模态和薄弱环节.根据机床各阶模态对静柔度的比值寻找对机床动态性能影响显著的薄弱模态,分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定薄弱模态上的薄弱环节.在一定的约束条件下,通过改进薄弱环节的设计参数实现设计优化.以某型铣床为研究对象,在整机建模和动态特性分析计算的基础上,阐述了动态性能优化方法的具体应用.通过模态柔度和能量分布计算,确定该铣床的薄弱环节是刀杆及其夹紧系统和床身——水平主轴体结合部,针对薄弱环节设计参数的调整和结构改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度均有明显的降低,模态柔度对静柔度的分配情况有所改善,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低52%.铣床结构改进后整机动态性能得到有效改善,提高了切削稳定性和加工精度.优化方法适合工程应用.     

空间三自由度柔顺并联机构设计与仿真分析

刚体替换法是柔顺机构设计重要方法之一。基于刚体替换理论,选取合适的空间机构构型,选用合适的柔性铰链替换刚性运动副,依据KutzbachGrubler理论计算空间并联机构自由度,进而设计了一种三自由度柔顺并联机构微动平台。利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对柔性支链和微动平台进行位移和应力分析,并得到动平台输出端节点位移数据,验证了三自由度柔顺并联机构的运动精度满足设计要求。通过分析获得的参数为多自由度柔顺并联机构优化提供了参考,同时可为多自由度柔顺并联机构设计提供借鉴。     

打纬机构钢筘的柔性动力学分析

为研究共轭凸轮打纬机构中钢筘的柔性变形问题,基于有限元法对钢筘进行离散化,应用Lagrange方程建立柔性钢筘系统的动力学方程;利用ANSYS软件对钢筘进行网格划分,分析柔性钢筘的模态和振型等振动特性;在ADAMS中建立打纬机构刚-柔耦合模型,在考虑打纬阻力的情况下进行动力学仿真,并对钢筘进行应力分析。结果表明:建立的柔性钢筘动力学方程与仿真结果一致,验证了方程的正确性;钢筘在打纬机构运动过程中出现共振变形的可能性很小;施加打纬阻力时,刚-柔耦合模型的动力学性能相比刚性体时波动增大,并且打纬阻力变化对打纬机构加速度影响明显;钢筘在打纬过程中应力主要集中于下端附近。此结论可为打纬机构的优化设计提供依据。     

含动力刚化项的一般多柔体系统动力学研究

为获取柔性体的动力刚化项,将任意形状柔性体的非线性变形场表达为直至广义坐标的二阶小量形式．在小变形条件下,用Green应变张量得到了柔性体的耦合形函数．把约束引入多柔体系统,依据Kane方程建立了包含动力刚化项的一般柔性多体系统动力学方程．通过数值仿真算例,界定了传统多柔体系统动力学建模方法的适用范围．     

光栅莫尔条纹信号非正弦性误差修正

为了提高光栅传感器的测量精度,提出了一种莫尔条纹信号非正弦性误差修正方法.通过三角函数变换建立修正模型,并依据泰勒级数迈克劳林展开式建立光栅传感器输出信号正弦性修正方程.以非线性模型中常用的最小二乘参数估计方法建立代价函数,采用粒子群算法对修正方程中的参数进行辨识,实现对光栅传感器输出信号的修正.针对修正前后采样数据的误差进行分析,光栅传感器输出信号误差峰峰值由110″降低至24″,其正弦性得到了改善.实验结果表明,该方法有效地解决了光栅传感器在复杂工作环境下输出信号非正弦性导致的精确性和稳定性问题,提高了光栅传感器的输出信号精度,增强了其对复杂工业现场的适应能力.     

非共形面声全息采样数据信息量建模与测点优化

通过对比分析通信系统与非共形面声全息声源识别的各个环节的对应性,采用通信系统的信息论,建立了在有限测点和传声器精度条件下声场采样的多通道解耦高斯信道模型,利用信道传输率得到测点优化目标函数.针对目标函数全局极大值求解具有强非线性和常规解法容易陷入局部极值的特点,采用遗传算法进行目标函数极大值求解.通过实例优化提高了声源识别精度,结果表明,该优化方法可行,可靠.     

小量程大行程压杆检测系统及在脑-机接口的应用

为准确采集大鼠前肢运动压力值,以便于分析大鼠大脑初级运动皮层神经元信号与其相关运动感知的关系,通过理论计算,采用金属箔式全桥差动电桥测量原理和杠杆原理,设计了大鼠用微小量程、较大行程测力传感器,采用高精度外设部件互连标准（PCI)信号采集与控制输出模块,设计了大鼠实验压杆检测系统,能很好的实现大鼠前肢动作奖赏控制.实验结果表明：与现有的测力传感器相比,克服了其在测量精度、量程等方面的局限性;压杆检测系统能够实时在线记录大鼠前肢运动压力值及显示相关参数,且系统采集数据准确度和精度较高,该检测系统使得小型动物运动感知研究的脑-机接口信号检测能力显著提高.     

基于误差与抗干扰优化的中频强磁场测量仪设计

通过对中频强磁场空间点测量工况分析和信号处理电路误差计算,找出了产生误差的主要因素.为提高测量仪的精度、实时性和抗干扰能力,采用软硬件相结合优化方法,在信号调理电路中,合理配置前后级的放大倍数和相关电阻以及采用高精度运放,可以大大减少小信号放大引起的误差.采用两种硬件措施和独特平均值滤波方法可以有效抑制信号干扰.通过最小二乘法优化数据拟合参数,进一步减少了整流滤波和程控放大电路引起的误差,整体提高测量仪器性能.对优化后测量仪实验测试结果表明：测量误差小于±1.5%,一致性误差小于1%,测量的实时性也得到提高,取得了较好效果.     

基于单相坐标变换的磁悬浮转子不平衡补偿

针对磁悬浮转子系统的不平衡振动控制问题,提出基于二阶广义积分（SOGI）和同步旋转坐标系（SRF）变换的不平衡补偿算法. 利用SOGI实现单相位移误差的SRF变换,避免磁悬浮轴承两自由度位移幅值不均衡造成的干扰,对变换后的直流量进行比例积分（PI）控制,并将控制量逆SRF变换后叠加到原控制器的输出中,从而实现同频位移误差的无静差跟踪控制. 分析引入补偿算法后闭环系统的稳定性,通过调整逆SRF变换的相位补角可以保证系统的稳定. 仿真和实验表明,该算法能够在宽转速范围内有效抑制磁悬浮转子的同频振动,具有较好的收敛速度和补偿精度.     

精密离心机气体静压轴承刚度测试新方法研究

为了获得精密离心机气体静压轴承刚度高精度的测试结果，在离心机主轴轴线的某一平面内放置两个电容测微仪，测试主轴几何轴线的径向位移。通过离心机上下两个校正面的动平衡执行机构，分别设置一个静不平衡与一个偶不平衡。分析电容测微仪输出的振动矢量，建立以气体静压轴承刚度为未知量的离心机转子的力矩方程。应用计算机，从设置静不平衡与偶不平衡、数据的采集到数据处理，实现精密离心机气体静压轴承刚度在线自动测试。该方法大大地提高了气体静压轴承刚度的测试精度与测试效率。     

微/纳米定位平台的桥式机构静、动态优化设计

为了解决桥式机构静态性能与动态性能相互制约问题,应用伪刚体模型法,建立桥式机构的静、动力学模型,分析表明:柔性板簧厚度越小、长度越长,桥式机构的静态性能越好,但动态性能就越差;动态性能主要受柔性板簧厚度影响,板簧长度对其影响不大.为了优化桥式机构的静、动态性能,建立该机构总性能的优化模型,并对柔性板簧厚度、长度等几何特征参数进行了优化设计.应用ANSYS,对优化前、后的机构进行了仿真分析,并对机构的静、动态性能进行了试验,结果表明:优化后机构的稳态时间减小为0.032s,比优化前ANSYS仿真缩短了80%,微位移输出减小了40.2%,优化后机构总性能达340.75mm·Hz,比优化前ANSYS仿真提高了74.53%.     

差动式三平动柔顺定位平台优化设计及分析

基于差动式杠杆原理设计了一种多级柔顺放大铰链,并通过正交方式装配一种具有三个平动自由度的微定位平台,形成的对称闭环结构具有抗冲击、无累计误差和较好的各向同性的特点。材料采用7075铝合金,堆栈式压电陶瓷作为驱动装置提供输入位移。结合路径搜索法和静力学矩阵法,得出了机构的静力平衡方程和几何变形方程;对结构参数进行了敏感性分析,以位移放大比为目标,对机构中敏感度较高的参数进行了优化;对装配体进行了有限元分析。结果表明,行程可以达到391.42μm,放大倍数为13.05,平台具有较大的位移放大比和良好的定位精度。     

自适应分段识别柯式音的血压测量方法

为提高电子血压计测量准确性,根据柯式音法原理,提出自适应分段识别柯式音的测量方案.先利用双重ADC采集声音和压力信号,实时拟合出静压力方程,然后识别压力信号中的突变点,对柯式音信号进行分段.随后基于正态分布3σ原则自适应计算阈值,完成中间段柯式音特征点的提取.最后以心率作为搜索步长识别出收缩压和舒张压点.试验表明：基于此方法的血压计收缩压标准差为2.18 mmHg,收缩压标准偏差为2.74 mmHg,舒张压标准差为-0.93 mmHg,舒张压标准偏差为2.24 mmHg,证明该方案准确性和稳定性更高,为柯式音电子化测量的优化改进提供了方向.     

基于重投影深度差累积图与静态概率的动态RGB-D SLAM算法

为了提高同时定位与建图（SLAM）系统在动态场景下的定位精度和鲁棒性,提出新的RGB-D SLAM算法. 建立基于重投影深度差值的累积模型,分割图像的动静态区域;为了避免动态区域过分割,先剔除与匹配地图点欧氏距离过大的动态区域特征点,再根据t分布估计其余特征点的静态概率;将静态区域特征点和动态区域的疑似静态点以不同权重加入位姿优化,得到提纯后的位姿. 在公开数据集上的实验结果表明,所提算法在动态场景下较改进前的RGB-D ORB-SLAM2算法的定位精度提升96.1%,较其他动态SLAM算法提升31.2%,有效提高了视觉SLAM系统在动态环境下的定位精度和鲁棒性.