码垛机器人Z轴升降机构动力学分析

以码垛机器人Z轴升降机构为研究对象,首先以等效参数法计算伺服电机驱动力矩,并为验证其正确性及参数取值的合理性,考虑系统的刚性、阻尼和惯量等因素,建立升降机构动力学方程及其动力学模型,当其处于极限工况下,使用MATLAB/Simulink软件进行仿真分析后,结果表明升降机构伺服电机最大驱动力矩为1.48N·m,小于伺服电机的额定驱动力矩2.70N·m,升降机构的结构参数取值是合理的,并且有一定的优化空间。同时建立了无补偿时升降机构的动力学模型,为后期建立其全闭环控制系统,减少系统振动,提高定位精度提供了可靠的理论基础。     

3-DOF并联机械腿动力学建模与伺服电机峰值预估

提出了一种结构紧凑、承载能力大、转动解耦性好、运动速度和加速度大的3自由度并联机械腿.为了对其进行驱动参数分析,对机械腿进行了动力学建模,并基于动力学模型进行了伺服电机峰值预估.首先,分析了腿部机构各构件的运动参数,采用Lagrange方程建立了动力学模型,得出了机构驱动力的显式解;接着,在机构动力学模型的基础上,建立了伺服电机驱动转速和驱动力矩的峰值预估模型;最后,通过给定一组结构参数和运动轨迹函数,得出了伺服电机驱动转速和驱动力矩随时间变化曲线,得到了机构的动力学特性,并验证了峰值预估模型的正确性.计算表明,3个伺服电机驱动转速的峰值分别为Nx=19 r/s、Ny=17 r/s、Nw=27 r/s;3个伺服电机驱动力矩的峰值分别为εx=5.8N·m、εy=3.1 N·m、εw=4.4 N·m.     

助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程动力学研究

为研究助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程中各关节的驱动力矩,将助力下肢外骨骼视为三自由度的刚性结构系统,建立动力学模型。以达朗贝尔定理推导出双膝蹲-起立过程动力学表达式。为实现助力下肢外骨骼与人体高度偕行,对人体双膝蹲-起立运动过程进行实验分析,以MATLAB为平台分别对负重40kg和无负重下肢外骨骼各关节驱动力矩进行数值计算。根据分析结果得,膝关节在负重40kg时驱动力矩最大,峰值为209.20N·m,平均为75.85N·m;髋、踝关节驱动力矩相对较小,工作能耗低,在无负重状态下仍需9.87N·m和38.80N·m的驱动力矩,能量损失较多;踝关节为保持稳定性导致有较大波动。     

轮毂打磨5-DOF机械臂动力学建模与驱动参数预估

提出了一种基于2-UPS+UPU机构的5-DOF机械臂,建立了机械臂的手腕运动状态与其关节驱动参数之间的传递方程显式表达式,从而得到机械臂的伺服电机驱动参数峰值预估模型,计算出各伺服电机中的驱动转速最大理论值为25.1r/s,驱动力矩最大理论值为6.2N*m。以一组具体的结构参数作为算例,计算出伺服电机中的驱动转速最大值为18.7r/s,驱动力矩最大值为4.73N*m,算例伺服电机选型的预估功率为700W,证明了伺服电机峰值驱动参数预估模型的合理性。     

双伺服电机驱动连铸结晶器非正弦振动的设计

以高性能伺服电机作为动力源已逐渐成为连铸结晶器非正弦驱动装置的发展趋势,针对目前电动式驱动系统的缺陷,提出双伺服电机驱动结晶器非正弦振动的新方案。首先以结晶器3个基本振动参数为原始变量,构建了与双伺服驱动系统相匹配的结晶器非正弦振动波形,并给出了双伺服电机的运行规律及结晶器振动参数在线调整机制;然后应用拉格朗日第2类方程构建了整个结晶器振动系统的动力学模型,为原动机功率计算及传动系统结构优化提供理论依据;最后以某钢厂方坯连铸机为例,阐述了双伺服驱动系统的设计流程及原则,验证了双伺服电机驱动结晶器非正弦振动的可行性。     

一种振动翼栅的综合设计

根据某风洞实验室的要求设计了一种振动翼栅,运用SolidWorks软件建立了振动翼栅的三维模型。采用拉格朗日法建立了振动翼栅的动力学方程,得到电机力矩的函数方程。基于ADAMS虚拟样机对机构进行动力学仿真。并用MATLAB软件对动力学模型进行分析得到力矩的函数曲线,其与仿真得到的结果一致,说明了动力学模型的正确性和机械结构设计的合理性。基于MATLAB软件分析得出电机输出最大力矩的条件,计算出最大力矩,选择电机参数,完成控制系统设计。完成样机实验,机器运行良好。     

基于约束方程的十字万向轴扭转振动计算模型

万向轴传动由于附加力矩会对传动系统产生强迫振动,为了避开传动系统扭转共振,需要对万向轴传动系统进行计算分析,合理选取结构参数。利用约束方程表示万向铰传动特点,并用有限单元法建立双万向轴扭转振动动力学模型,通过数值仿真得到万向轴传动系统扭转振动数值解。计算结果表明:模型能够计算万向轴附加力矩引起的强迫振动,可用于万向轴传动系统扭转振动分析。     

连铸结晶器非正弦振动装置建模与固有特性分析

为实现机械系统驱动的结晶器非正弦振动波形偏斜率的在线调节,设计出一种双伺服电机驱动的结晶器非正弦振动装置。阐述其工作原理,建立三维模型并进行运 动学仿真;建立扭转-平移耦合动力学模型,推导其动力学方程。研究表明,非正弦振动系统的质量矩阵是常量,刚度矩阵、阻尼矩阵随时间周期性变化。最后,基于瞬时机构凝固法,分析了系统偏心轴的转角、振幅、构件惯性参数及刚度对其固有频率的影响。     

动力学参数辨识的SCARA机器人PTP加速度优化

针对SCARA机器人高速运动时驱动力矩超限对减速机造成损伤的问题,提出一种基于动力学参数辨识的PTP加速度优化方法。通过对粘滞+库伦摩擦模型进行改进得到更好的表征高速运动时的摩擦模型,并由激励轨迹最小二乘法完成SCARA机器人改进后动力学模型参数辨识。进一步通过改进的动力学模型对SCARA机器人的PTP运动进行力矩预测,选取合适的迭代步长通过寻优算法得到最优的PTP加速度。ADAMS仿真和力矩预测实验表明,改进后的SCARA机器人动力学模型具有更高的力矩预测精度,加速度寻优算法平均耗时8 ms满足工程实时性要求,所得最优加速度在保证运行效率不降低的同时使得多点位PTP运动峰值转矩从112.2 N·m降低到了84.19 N·m,有效的提高减速机的使用寿命。     

三自由度并联机器人动力学及仿真

利用雅可比矩阵建立了一种三自由度并联机器人(3-RSR)动平台的外力、外力矩、惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系,在合理的假设基础上,运用牛顿欧拉动力学方程得到了动力学数学模型.并且基于虚拟样机技术,利用ADAMS软件对三自由度并联机器人进行动力学仿真.结果表明,用动力学模型计算的驱动力矩值和仿真结果一致,动力学模型精度较高,将其作为驱动力矩控制设计的基础是可行的.     

超大口径天线结构的风振响应

为明确大型天线结构风振响应特性,以待建的110m全可动天线为研究平台,对其展开各迎风姿态下的风荷载特性分析。根据刚性模型风洞试验结果,探讨了反射面平均风压分布规律及最不利风向角。在此基础上,采用基于随机振动理论的非线性时程分析法进一步对结构的风致动力响应展开研究,总结了风振响应特性。结果表明,该结构自振频率分布密集,结构较柔,其风振响应是一个窄带过程,振动能量随着俯仰角的增大而逐渐提高,且高阶振型逐渐对风致振动有所贡献。该成果可为天线结构抗风设计提供较为全面的荷载取值参考。     

FL-51风洞阵风发生器电液伺服控制系统

针对FL-51风洞的阵风模拟需求,研究了电液伺服摆动缸独立驱动叶片的阵风发生器,通过结构解耦、控制同步的方式,简化了发生器结构,从而降低了运动过程中与叶片及洞体的耦合振动。研究了高频同步位置伺服控制算法,提高了发生器叶片的摆动幅度和频率,实现了发生器不同振幅、不同频率、不同波形的组合运动。通过装置测试与阵风流场校测,结果表明:电液伺服摆动马达驱动能力强、动态高、生成的正弦波精度高,在来流风速70 m/s下可稳定工作,能产生符合测试要求的高品质单频和多频阵风。     

基于HFFB试验的结构广义荷载与风振响应分析

采用高频测力天平风洞试验技术得到的结构基底弯矩和扭矩进行结构风振响应分析时,只能考虑横向线性振型和扭转向常数型振型,忽略了结构高阶振型对结构响应的贡献。在分析高频测力天平风洞试验测试数据的基础上,以修正线性(常数型)振型广义荷载谱方法为依据,推导得到了结构横向和扭转向各阶振型广义荷载谱。同时,利用此各阶振型广义荷载谱进行了3种典型的格构式高耸结构气弹模型风振响应评估。通过比较气弹模型风洞试验结果和计算结果可知,当考虑振型修正、高阶振型和气动阻尼比后,计算结果与试验结果吻合较好,验证了推导得到的高阶振型广义荷载谱的准确性。     

FL-26风洞模型支撑系统动态仿真分析

研制具有良好力学特性的大迎角模型支撑系统,是解决先进、高机动飞行器大迎角气动力问题的关键技术之一。阐述了FL-26风洞大迎角模型支撑系统结构形式,对系统的动态特性和动力响应进行了有限元分析,获得了大迎角模型支撑系统自由振动时的模态频率和模态振型,以及试验段气动噪声作用下的加速度响应和动应力。仿真结果表明:大迎角模型支撑系统动态特性较好,不同方向的动力响应主频及均方根值分布较为离散且数量级相差较大,未出现共振现象。     

Effect of manufacturing accuracy on machine vibroactivity

The influence of the manufacturing accuracy of components on machine vibration performance is examined. The results are illustrated by the examples of calculation of self- and forced oscillations appearing during operation of machine components and units. It is shown how the accuracy of manufacture (grade of finish and waviness) influences the variation of the maximal oscillation amplitude (the most interesting case from a practical point of view).     

大型低速风洞多通道电液伺服阵风发生器协同驱动控制策略研究

为在FL-10大型低速风洞开展飞机模型阵风影响相关试验研究,建立了4通道电液伺服马达驱动的摆动叶片式阵风发生器。4个通道独立控制方式,简化了系统结构,使发生器具备了多频率与多波形阵风模拟能力,但对多通道同步性也产生了更高的要求。针对4通道电液同步伺服控制,提出了一种改进的共反馈同步误差校正控制方案。共反馈同步误差校正控制方案利用主反馈误差来实现对跟踪误差的控制,并通过同步误差完成马达控制系统的反馈补偿,以达到更高的同步控制精度并提升运动性能。通过仿真和试验验证了同步控制算法的有效性。风洞流场校测结果表明:电液伺服摆动马达驱动能力强,动态高,生成的正弦波精度高,研制的发生器在来流风速70 m/s下可稳定工作,叶片最大摆动频率为16 Hz。     

典型窄基输电塔风致响应气弹模型风洞试验

首先,采用离散刚度法,设计制作了典型窄基输电塔气动弹性模型;然后,通过大气边界层风洞试验,对窄基输电塔不同高度及风向下的位移、加速度响应特性进行了测试分析;最后,基于风洞试验结果计算了窄基输电塔风振系数并与规范结果进行了比较。结果表明,窄基输电塔位移均值响应主要为顺风向;顺、横风向脉动位移、加速度响应值都较大,随风向变化不明显,呈上下波动趋势;高度变化对脉动位移和加速度的响应影响略有不同。此外,根据中国荷载规范给出的输电塔横担处的风振系数值大于本次试验结果。     

并联天平动特性研究

固有频率对并联风洞天平的动态性能有重要的影响。本文主要研究基于Stewart平台的并联风洞天平的固有频率及固有振型,首先应用Kane方法研究了天平的动力学方程,通过线性化建立天平的固有频率方程,依据振动理论推导出并联天平的六阶固有频率,并研究六阶固有频率随上平台质量和连杆分支刚度的变化规律。结合数值算例,求解出天平的六阶固有频率及其对应的固有振型,并用有限元方法验证理论计算结论的正确性,结果证明并联风洞天平具有固有频率高的优点。     

线切割加工中钼丝振动主动控制的试验研究

分析快走丝电火花线切割机床加工过程中电极丝振动的产生机理，指出钼丝振动所反映的主要模态是原运动弦系统二阶以上的固有模态以及各种强迫振动模态。由试验所得的频谱图上看到，在线切割加工中钼丝振动的固有频率（高频）与走丝系统的其他振动频率（低频）是完全分离的，且低频振幅较大。由此得出控制丝振的关键在于的抑制钼丝的低频振动。提出丝振主动控制策略，机理性试验证明：施加主动控制后，丝振振幅为常规被动控制的十几分     

风洞喉道可调中心体机构分析与设计

第二喉道在跨超声速风洞中具有重要作用,中心体式第二喉道作为其中一种重要的结构形式近年来国外已开展了大量研究。本文以跨声速风洞第二喉道中心体机构的设计为背景,从偏置曲柄滑块机构原理入手,结合0.3 m风洞第二喉道可调中心体机构的结构特点,创新性地运用了对称偏置双曲柄滑块机构,并对其进行了运动学和动力学分析。风洞运行结果表明:该机构具有良好的气动性能,结构形式合理可靠。