可控装载机构动力学分析与优化设计

以新型可控机构式装载机为研究对象,以动臂升降支链关键参数作为设计变量,以第一主动杆在动臂举升过程中最大力矩最小为优化目标,以整体布局、传动角以及奇异性等作为约束条件,建立了动臂升降支链的尺度优化模型;利用复合形法对优化模型进行了数值求解,得到了动臂升降支链各构件最佳尺度参数;并使第一主动杆最大驱动力矩降低了11%。通过基于ADAMS的虚拟样机仿真,仿真结果表明,优化后可控装载机构动态性能得到了明显改善,当动臂位于上极限位置时第一主动杆接近逆运动学奇异位置,功率减小了80%。该研究将为可控机构式装载机性能提升提供依据。     

一种长钢轨扣件回收装置的运动学分析与仿真

针对一种新型长钢轨扣件回收装置进行运动学分析和仿真研究。根据扣件回收的作业要求,确定了收料机构运动特征;利用解析法建立了运动学逆解模型,并对该收料机构进行了尺度参数设计,通过对逆运动学模型进行数值求解,获得主动件的运动规律。应用ADAMS软件建立仿真模型,验证了运动学模型的正确性。为该机构的优化设计和动力学分析提供了参考。     

一种新型装载机构的设计仿真及理论分析

装载机构是工程领域一种比较常见的施工机械,因此研究装载机构具有实际的意义。本文利用可控连杆原理设计了一种新型简易装载机构并对其进行理论分析。根据装载机构设计工作要求用Solidworks设计出装载机构的三维模型,利用Adams仿真软件建立虚拟样机模型,对机构进行运动学仿真,完成举升和卸料的等作业动作,为装载机构提供了一定的研究基础。     

典型工况下可控装载机构主要构件有限元分析

研究针对一种新型装载机工作装置主要构件进行有限元分析。按实际尺寸建立了装载机工作装置的三维模型,对物料插入工况和上限举升工况典型位姿下的可控装载机构各构件进行了应力和应变分析,获得了整体应力云图和位移云图,以及各构件的应力云图。通过对可控装载机构进行有限元分析,不仅验证了结构设计的合理性,同时得到了可控装载机构在典型工况下各构件的应力分布规律。     

PAM仿生肘关节运动学逆解建模及验证

针对三自由度气动人工肌肉(PAM)仿生肘关节,首先利用伪刚体模型法,建立其运动学逆解数学模型;其次,根据上述模型对机构运动学逆解进行仿真分析;最后,搭建气动肌肉仿生肘关节的仿真系统模型,利用所建运动学逆解模型实现对机构虚拟样机的PID控制。由仿真结果可以看出,在设计工作空间内,三根气动肌肉长度变化连续、平稳,说明机构在运动过程中,具有良好的平滑性;且通过调节PID参数,机构前臂圆盘转角轨迹曲线与期望轨迹曲线基本吻合,从而验证了机构运动学逆解模型的准确性。     

全对称4-URU并联机构运动性能分析与尺度优化

深入研究了一种能实现3T1R运动的全对称4-URU并联机构。基于螺旋理论验证了机构的自由度特征,建立了机构位置正逆解数学模型,确定了机构的奇异位形。采用数值搜索法求解了机构的工作空间,通过考察各尺度参数对工作空间的影响,优选得到了机构的关键尺度参数。相关数值计算及运动仿真结果表明,该机构运动学模型及性能分析结论正确合理,相关成果可为机构动力学分析、结构设计提供参考依据。     

新型拼装机器人运动仿真与末端执行器微运动分析

根据生产实际要求,设计了一种新型拼装机器人.利用三维参数化设计软件建立与物理样机相似的三维实体装配模型,对整体机构运动进行了实体运动仿真.编制Matlab仿真计算程序,对机器人末端执行器的微运动进行运动学正、逆问题分析.     

基于ADAMS的一种新型六自由度并联机构的参数分析与仿真

通过ADAMS虚拟样机的试验和测试,可以在研究机构性能的同时发现设计中存在的问题并提出改进方法.为了充分阐述3-PRPS并联机构的运动学本质特性,利用线几何的有效方法对机构模型运动学进行了分析,求解了逆运动学关系,并应用ADAMS软件进行运动学仿真分析.其中通过定义已经建立的实体模型参数变量,合理规划选取动平台的运动轨...     

液压挖掘机轨迹规划及运动仿真

运用D-H(denavit-hartenberg)矩阵法对液压挖掘机工作装置进行正、逆运动学分析,得出挖掘机驱动机构空间、关节空间以及铲斗位姿空间的关系。运用Robotics Toolbox建立挖掘机工作装置运动学仿真模型并进行点到点轨迹规化和运动学仿真,得出动臂关节、斗杆关节和铲斗关节角度以及铲斗末端位姿随时间的变化,再通过逆运动学求解出液压油缸的位置。检验了该型号挖掘机作业空间和各杆件运动参数的合理性,为挖掘机运动仿真提供了一种简便的方法,并为挖掘机的自主挖掘研究奠定了运动学基础。     

基于Creo及SimMechanics对3-TPT并联机构的运动学仿真与模拟

针对一种3-TPT并联机构进行运动学模拟仿真,利用Creo 2.0建立了虚拟样机模型,并推导出了并联机构的运动学正、逆解方程。借助于Matlab中SimMechanics模块的系统动态建模功能,创建了3-TPT并联机构运动模型;利用Simulink和模糊控制箱建立了模糊PID控制器,将其与SimMechanics模型连接,对3-TPT并联机构进行动态仿真模拟,得出伸缩杆位速度变化曲线;通过对曲线的分析研究,可以得出该并联机构的运动平稳性较好。该方法能够直观地对并联机构进行可视化运动分析,进而可为3-TPT并联机构的结构参数优化、性能分析及模糊PID控制器的设计提供参考依据。     

三自由度机械手的仿真研究

分析介绍了机械手的结构组成及工作原理,利用D-H法对机械手的运动特性进行了数学分析,基于SolidWorks建立机械手的三维模型,并将其导入ADAMS之中模拟各个关节在极限速度下的工作状况,得到了各零部件的运动特性参数曲线并分析其运动规律。介绍了利用ADAMS求解机械手运动学逆解的方法在此基础上联合MATLAB对机械手的跟踪性能进行仿真研究,结果表明机械手具有良好的跟踪特性,仿真的结果为机构的优化设计和样机制造提供了参考。     

索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

多功能装载机工作装置机械-液压系统联合仿真

为准确分析多功能装载机工作装置的运动及各部件的受力状况,研究工作装置在整个工作循环过程中的平移性、自动放平性及其卸料性,应用Denavit-Hartenberg方法来建立工作装置机构运动学模型,并建立液压系统动力学模型。采用多体动力学软件MSC.ADAMS及其液压模块,建立多功能装载机工作装置机械-液压联合仿真模型。对多功能装载机工作装置进行一个循环的仿真分析,研究结果表明,分析结果全面地反映了工作装置的运动状况及各个部件的受力状况,较好地验证了工作装置机械性能和液压系统的动态性能。     

一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析,验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论,建立该机构的运动学分析流程图,并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例,通过运动学正解和反解分析结果的对比,验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析,将驱动力等效为关节转矩,推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸,给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数,基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究,结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

侧卸式装载机工作机构运动特性仿真及优化

针对侧卸式装载机工作机构传统优化设计方法的不足和使用中运动特性不佳的实际,提出了在虚拟样机条件下工作机构运动特性仿真及其优化设计的方法。该方法能根据侧卸式装载机工作机构的设计要求,通过建立其三维仿真模型和数学模型,利用ADAMS对工作机构进行运动特性仿真,研究了其自动放平性和举升平移性,之后采用遗传算法对工作机构连杆几何尺寸进行优化设计,并对优化后的工作机构进行运动特性仿真。利用该方法对国产某型侧卸式装载机工作机构研究表明,优化后铲斗自动放平性提高79.1%,工作机构举升平移性增加79.4%,明显地改善了侧卸式装载机工作机构的运动特性。     

并联机构六维控制器的运动学性能分析及尺度优化

针对一种含子闭环3-5RUU并联机构的六维控制器进行运动学性能分析和尺度参数优化。首先用附加传感器的方法计算3-5RUU并联机构运动学正解,并求得了唯一解;其次建立了运动学逆解模型,根据运动学逆解,建立了工作空间的约束条件,通过MATLAB编程对机构进行了定姿态的工作空间分析;然后采用单一变量分析法得到了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系;最后以工作空间最大为优化目标,利用遗传算法优化了机构杆长参数,使六维控制器的有效工作空间更大。结果表明:六维控制器的工作空间提高到原来的3倍以上。     

6-HUS并联机构位置逆解与运动学优化设计

针对并联机构设计过程复杂、设计周期长等问题,对6-HUS并联机构运动学逆解及相关参数的优化进行了研究.建立了运动学逆解方程并得到解析解,应用ADAMS软件进行参数化建模并仿真;通过解析解和模拟解的对比,验证模型的正确性;根据性能要求,以滑块最大速度最低为目标对机构结构尺寸进行了优化设计.分析结果表明:该方法方便快捷,缩短了设计周期,降低了产品成本,为同类机构的设计提供了较为精确的实用方法.     

轮式装载机工作装置运动仿真系统开发

对轮式装载机工作装置的反转六连杆机构进行了运动学分析,以VC6.0为工具,开发了装载机工作装置的运动仿真系统。系统可进行平移性与卸料性运动仿真, 不仅可以检验设计方案的合理性,而且可以检验工作装置各构件在运动过程中是否发生干涉、机构参数设计是否合理,为六连杆机构的设计提供了一个有力的工具。     

2自由度手臂康复机器人运动学及动力学分析

针对上肢康复训练需求,设计一种采用二连杆串联结构的2自由度手臂康复机器人。基于D-H法对机器人的正、逆运动学进行理论分析,采用Matlab/Simulink和SimMechanics工具箱分别搭建机器人的正逆运动学理论模型与机构模型进行仿真对比,分析结果验证了机器人运动学建模的正确性。结合人体工程学相关标准和手臂关节运动范围要求,建立机器人与手臂机构的联合仿真模型,确定机器人的工作空间;并完成机器人进行画圆训练的轨迹规划,为机器人运动控制奠定了基础。基于联立约束法建立机器人的动力学模型,确定了机器人各关节驱动力矩大小,为驱动电机选取和控制器参数选择提供了依据。     

多自由度可控装载机构的构型设计与综合研究

多自由度可控机构式装载机是一种将可控机构应用到工程机械领域而开发的新型装载机,为进一步研究此类可控装载机构新构型,分析研究了现有装载机工作装置的工作原理和结构特点;利用胚图插点的方法得出了平面两自由度五杆、七杆、九杆机构所有拓扑胚图类型;根据可控机构式装载机结构特点,确定拓扑胚图中的功能构件,将满足条件的拓扑图转换为装载机构;通过提出可控装载机构择优准则,对所得构型进行分析和优选,得到可控装载机构最佳构型。