单自由度概率翻转移动连杆机构

基于一种过约束伸缩机构,设计一种单自由度的概率翻转移动连杆机构。通过分析机构的移动原理得出该机构具有两种运动步态,即定向步态和概率步态。定向步态的机构移动有确定的方向;概率步态的机构移动有两个可能方向,此随机过程在理想条件下符合伯努利概率分布。针对机构的移动特性和移动路径,提出使其在平面内任意运动的控制方法。建立移动机构的动力学模型并进行运动仿真。仿真结果表明,通过两种步态的组合控制,可以使机构实现从指定的出发点到达任意的预期目标点的平面移动。制作一台样机,验证了该单自由度机构的移动和转向功能。     

多模式空间6R地面移动机构

提出一种新型空间单闭链F1C1（约束力F和约束力偶C）约束型6R（转动副）机构,并应用其研制一种地面移动机器人。基于单环运动链构型综合方法,构造出空间单闭链单自由度F1C1约束型6R机构,应用螺旋理论进行自由度和奇异位置分析,结合地面移动需求构造地面移动机器人,进行了杆件形状的设计,规划驱动电动机布局方案,完成运动学和移动机理分析,规划类蠕动、平面4R转向和内翻三种移动模式,分析越障性能,揭示其突出的折展特性。制作样机,验证了多模式空间6R地面移动机构方案和运动规划的可行性。     

地面移动Altmann连杆机构

提出Altmann连杆机构的一个新用途,将其用来作为地面移动机构,以翻跟斗步态实现沿直线的行走运动,并通过自身扭动与整体反转的步态实现转向运动。提出地面移动Altmann连杆机构的设计概念和构型方案。分析地面移动Altmann连杆机构的移动原理,包括利用奇异位形来实现机构的转向运动。规划出直行和转向两种移动步态。分析两种步态的移动轨迹,并计算两种移动步态的关键参数。研究结果表明,通过对直行和转向两种步态的切换控制,可以使Altmann地面移动连杆机构以固定的步长,从平面上一个初始点移动到另一个目标点。该地面移动连杆机构基于空间单闭链六杆机构,结构简单,刚度好,同时具有良好的折叠特性,便于存储和运输。     

油罐清洗机器人全方位移动机构的设计与分析

油罐清洗机器人是一种可代替人工进行清洗油罐作业,从而减小作业危险系数和劳动强度的特殊服务智能机器人。为适应油罐狭小的工作空间,提高作业机动性和安全稳定性,设计了一种三轮全方位移动机构,硬件上由三个全向单元对称布局,结构简单且灵活,并通过远程主控制计算机实现精确控制;建立了其运动数学模型,并进行了运动学和动力学分析,得到了机构的运动特性;最后,利用ADAMS仿真软件建立虚拟样机进行运动仿真。结果表明:忽略硬件固有的缺陷,该机构具有全向移动的高机动性,可以很好实现预期目的。提出了今后改进和进一步研究的方向,为后续工作提供了很好的依据。     

可越障多足机器人机构设计与仿真分析

设计了一种可越障多足机器人,该机器人具有移动速度快,越障能力强等特点.腿部机构设计是影响多足机器人运动特性的重要因素之一,采用曲柄摇块机构原理设计了一种新型的多足机器人腿部机构.为了保证机器人移动过程中重心不发生变化,运用Matlab软件对踏片的踏面曲线进行设计,并分析了腿部机构不同尺寸参数对踏面曲线、单个踏片与地面接触点水平方向运动速度和加速度的影响规律.同时,设计了多足机器人的辅助爬升机构,并分析了多足机器人翻越障碍物的工作流程.最后,通过虚拟样机运动仿真以及实物样机试验验证了可越障多足机器人机构设计的可行性.     

胶印机传纸机构动力学仿真与优化

基于多体动力学理论,实现对胶印机传纸机构虚拟样机的仿真分析,得到了传纸机构的动力学特性.根据仿真结果对力封闭扭杆弹簧进行评价,为扭杆弹簧的设计和改进提供了理论参考.研究了矩形截面扭杆弹簧优化设计数学模型的建立方法并对其进行求解,得到了优化改进后的扭杆弹簧结构尺寸。     

可折叠双三角锥滚动机构

提出一种新概念的滚动机构,可通过折叠机构的变形,在展开状态下的双三角锥和折叠状态下的椭球体两种外部形态之间进行转换,并相应具有两种滚动模式。在双三角锥形态下,机构通过外形的变化实现滚动,并以偏心质量块驱动方式进行转向的控制;在椭球体形态下,机构运用偏心质量块驱动方式进行直线方向上的滚动。在机构设计上,折叠机构通过1个自由度实现了移动功能的同时减少了存放时所需的空间。通过自由度分析,机构需要三个驱动电动机来实现其所具有的功能。以运动学计算为基础分析双三角锥形态下的翻滚条件并规划滚动步态。建立仿真模型,验证该机构能够完成折叠/展开的动作,并能够按照步态规划进行滚动。制作一台样机,对其进行折叠/展开方式与滚动功能的可行性验证,实现了预期的结果。     

立方星星箭分离电磁解锁机构

为实现"翱翔之星"立方星发射力学环境下可靠的锁定以及在轨低冲击快响应的解锁分离,提出了一种断电时弹簧锁定与加电时电磁铁吸合解锁的非火工解锁机构。首先,根据系统要求介绍了电磁解锁机构的工作原理,并建立了机-电-磁耦合动力学模型,分析解锁机构的动力学响应特性;其次,以地面测试试验结果为依据,进行电磁参数的多约束多目标设计与优化,并将优化出的参数在SIMULINK环境下进行仿真验证;再次,对电磁解锁机构样机进行功能测试,实测数值与仿真结果基本一致:额定电压28V下样机的解锁时间为41.2ms,解锁电流为2.2A,能耗为2.5J;最后,开展了力学环境和热真空环境地面试验以及±5V电压拉偏测试,结果表明电磁解锁机构能够可靠锁定与解锁。本文设计的电磁解锁机构经过飞行验证成功应用于"翱翔之星"立方星的在轨解锁与分离,可为后续立方星星箭分离解锁机构的标准化设计提供参考。     

空间站转位机构末端效应器位姿设定试验方法研究

针对空间站转位机构末端效应器地面试验要求,提出采用并联机构实现执行器与适配器之间的六维空间位姿设定。首先,设计了6自由度并联机构,并对其机构构成和工作原理进行了阐述;其次对所设计并联机构的工作空间运动学及作动器与适配器的运动干涉特性进行了数学建模,最后,编制了基于柱坐标的机构工作空间搜索算法和基于空间几何的干涉检测算法,并运用MATLAB进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的并联机构其工作空间满足末端效应器位姿设定的范围要求,并联机构各分支作动器与末端效应器之间不会发生运动干涉,验证了该方法的有效性。     

一种新型3P-1R并联平台机构的机型设计与三维建模

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,构造一种能实现空间三维移动和一维转动的并联机器人机构模型--3P-1R并联平台机构.根据该新型并联机构的几何参数,使用CAXA实体设计软件完成新型的3P-1R并联平台机构的三维建模.设计完成的虚拟样机布局合理、约束副正确,从而为其运动仿真的实现和样机的试制奠定了基础.     

四旋翼两栖机器人姿态求解与控制

介绍了一种基于四旋翼驱动的两栖移动机器人。首先简要介绍了该机器人的机械结构与控制及传感系统,并介绍了机器人由四旋翼机构提供动力,并通过对4个旋翼的转动速度和方向进行配置,从而实现在空中飞行或在地面滚动的原理。然后,采用四元数方法对该两栖机器人进行了姿态求解,在此基础上,基于PID算法开发了机器人的飞行控制算法,并进行了相应的仿真。最后通过实验验证了该两栖机器人能够实现预期的两种运动模式,即空中飞行和地面滚动。该机器人提高了传统只具有单一运动模式的移动机器人的环境适应能力。     

3-RPS并联机构及其轨迹规划与仿真

构造了3-RPS并联机构试验台,运用并联机构逆运动学分析理论,分析研究动平台的运动轨迹规划。推导出其运动学反解计算公式,确定了动平台按预期轨迹运动时应在原动件上施加的运动规律。最后,在ADAMS环境中建立了该机构的虚拟样机模型,通过虚拟样机仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

基于改变正压力的惯性式压电旋转机构的研究

提出通过机械方式控制压电移动机构和支撑面之间摩擦力的有序变化,形成有规律的新型惯性式压电旋转机构的研究方案。设计了旋转机构的结构模型,分析了机构的运动原理,建立了机构的动力学模型,应用现代控制理论,利用Matlab对机构进行了运动学仿真,得到了机构位移、速度仿真曲线,设计、制作了旋转机构样机,并作了相关的性能测试。仿真分析结果和试验结果表明了运动机理和动力学模型的正确性。     

3-RPC并联机器人的运动轨迹规划与仿真

对一种具有四角平台的3-RPC并联机器人进行了结构分析，应用并联机构逆运动学分析理论，对并联机构动平台的运动轨迹规划进行了推导，提出了3-RPC并联机构的运动学反解计算公式，进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上设定的运动规律。借助UG创建了该机构的装配模型，通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

气动执行器气动控制时间影响因子的理论分析

针对航征品牌具体型号的气动执行器,分析了其瞬态特性。结合工程热力学理论和流体数值模拟方法,提出了气动执行器必需空气质量概念,在此基础上建立了变量为空气质量流量的气动执行器动作时间计算模型。在实际参数变化范围内,运用控制变量和正交分析方法,分析了钢管长度、管径和弯头个数对气动执行器动作时间的影响规律,并确立了各个影响因素的优先级。根据气动执行器控制气路设计的实际情况,探索了气路异形化结构对气动执行器动作时间的影响规律,在此基础上进行了实例运用,验证了分析结果的正确性。     

压电陶瓷驱动微小型步行机的设计与仿真研究

为适应微细操作的需要，研制了一种压电陶瓷驱动的微小型步行机样机。该样机利用仿生蠕动原理，能方便地实现平面上三自由度运动。分析了步行机的移动机理及结构组成。基于ADAMS的动力学仿真结果分析了各种因素(包括步行机与运动平面的摩擦状况、激励电压的幅值和频率等)对步行机运动的影响。仿真结果表明了运动的可行性。     

避障小车转向系统的设计

设计了一种具有方向控制功能小车的转向系统.该小车在前行过程中能自动避开赛道上设置的等距障碍物.由于凸轮机构能实现复杂的运动规律,本设计采用凸轮机构完成小车的转向功能,通过MATLAB软件对凸轮轮廓曲线进行了拟合,并对导向杆运动规律进行了分析,结果表明本转向机构的设计是合理可行的.     

Dynamic modelling of a flexure-based mechanism for ultra-precision grinding operation

This paper presents the dynamic modelling and performance evaluation methodologies of a flexure-base mechanism for ultra-precision grinding operation. The mechanical design of the mechanism is briefly described. A piezoelectric actuator is utilized to drive the moving platform. A flexure-based structure is utilized to guide the moving platform and to provide preload for the piezoelectric actuator. By simplifying the Hertzian contact as a linear spring and damping component, a bilinear dynamic model is developed to investigate the dynamic characteristics of the flexure-based mechanism. Based on the established model, the separation phenomenon between the moving platform and the piezoelectric actuator is analyzed. The influences of the control voltage and the preload stiffness on the maximum overshoot are extensively investigated. The slope and cycloidal command signals are utilized to reduce and/or avoid the overshoot of such flexure-based mechanism for rapid positioning. The effects of the rising time of the command signals on the maximum overshoot and the settling time are also explored. Experiments are performed to verify the established dynamic model and the performance of the developed flexure-based mechanism.     

基于ADAMS的三自由度平动并联打磨机构的轨迹规划与仿真

为了完成对悬锤工件表面毛刺的打磨任务,提出了并联打磨机构的轨迹规划与插补算法。首先,基于一种新型三自由度并联打磨机构的运动学逆解,即如何控制支链驱动关节来实现期望的运动轨迹,进而确定了动平台几何中心点按预期轨迹运动时应在滑块驱动关节上设定的运动驱动函数规律。其次,借助Pro/E创建该机构的装配模型,通过ADAMS虚拟样机技术验证了轨迹规划的可行性、正确性。     

球面5R并联机构的动力学建模及动载分配优化

在动载条件下,为实现并联机构驱动器低能耗、平稳地运行,针对一种球面5R并联机构,对其进行动载分配优化。首先利用矢量法得到了机构的运动学正反解,考虑重力、外力和各构件惯性力的作用,采用拉格朗日方法和虚功原理建立了球面5R并联机构的动力学模型,并对机构的数值算例进行了动力学仿真验证,结果表明:理论值与仿真值的最大误差为1.3%,验证了动力学模型的正确性。然后,基于动力学模型,考虑驱动器输出功率和力矩因素,定义了机构的多目标优化函数,采用B样条插值法规划轨迹,并用归一化加权求和法优化求解该机构的最优轨迹。最后,通过数值算例,验证了优化方法的可行性,且优化结果表明:功率峰值降幅为分别为11.77%、48.75%,力矩峰值降幅分别为0%、51.17%,速度峰值降幅分别为20.97%、8.1%。说明该优化方法可以有效降低驱动器输出峰值,使得并联机构驱动器运行平稳,且该优化方法也适用于其他并联机构。