基于空间算子代数理论计算多体系统动力学建模

为了提高计算多体系统动力学正、反向动力学建模效率,应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下,对计算多体系统正、反向动力学进行设计与实现.广义质量是联系旋量力和旋量加速度的的重要参量,据此可形成正、反向动力学高效递推算法,用空间算子代数理论求出广义质量、正、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征.运用VB.NET编程软件实现与Mathematica6.0软件无缝集成,对计算多体系统动力学仿真及正、反向动力学进行参数化分析与计算,给出编程实施过程及建模IDEF0方法.根据分析结果,对PUMA560机器人典型多体系统进行正、反向动力学建模,并与结果进行对比,通过算例验证结果的正确性和有效性.     

基于整机传动链的风电齿轮箱动力学分析

齿轮箱是风力发电机组中的重要组成部分,其在整机环境下的动力学表现是决定齿轮箱寿命甚至整机寿命的关键因素。利用多体动力学仿真软件Simpack建立了刚体-柔体耦合的某MW级风力发电机组整机多体动力学传动链模型,通过将Simpack传动链模型所计算得出的固有频率与Bladed软件计算结果和理论计算结果相比较,验证了该模型的可靠性和准确性。基于该传动链模型进行了在频域上和时域上的多体动力学仿真求解,对整机传动系统进行了模态分析,对其潜在的共振可能进行了评估,分析了轴不对中对齿轮箱动力学性能的影响,最后通过试验验证了上述分析方法和评估手段的正确性。     

4M12型压缩机曲轴多柔体动力学仿真分析

将多柔体动力学应用到曲轴的仿真计算中,运用多体动力学仿真软件ADAMS进行多柔体动力学仿真,得到曲轴在实际工作过程中的动态载荷。利用有限元ANSYS软件对该曲轴进行瞬态响应分析,得到曲轴的应力分布云图及危险节点应力随时间变化曲线,是曲轴进行疲劳寿命分析的前提,为曲轴的设计提供理论指导。     

槽轮机构的动力学分析及仿真

应用齿轮啮合原理,对槽轮机构进行受力分析。通过分析齿轮传动的多体动力学原理,得出槽轮机构的多体动力学接触方程。应用ADAMS仿真软件,对计算结果进行验证,为槽轮机构的受力分析及设计提供依据。     

基于旋量与模态分析理论的多柔体系统反向动力学仿真

基于旋量与模态分析理论基础上,对多柔体系统的质量矩阵、刚度矩阵、反向动力学等进行了研究,由于质量矩阵是动力学研究的核心,因此质量和刚度矩阵的递推算法,以及它们可逆性的存在是形成高效算法的关键。运用Mathematica6.0软件,实现了多柔体系统反向动力学的符号推导;运用VisualC++编程软件实现与Mathematic6.0软件无缝集成,对多柔体系统动力学仿真及反向动力学进行参数化分析与计算,给出了实施过程。通过对某小型卫星算例验证,并与ADAMS的仿真结果进行对比,表明了结果的正确性和高效性。     

基于多体动力学的汽油机曲轴安全性分析

基于AVL公司的ExcitePoweru血软件进行曲轴系多体动力学计算,用以分析曲轴主轴颈和曲柄臂受力和力矩结果。同时,利用MSC．Fatigue软件,并结合有限元的分析方法,采用曲轴圆角子模型,并将多体动力学的仿真结果作为曲轴疲劳计算的边界栽荷谱进行曲轴疲劳安全系数计算。通过以上结果来评价曲轴的安全性。     

汽车空气悬架弹簧支架的动力学仿真与有限元分析一体化疲劳寿命计算

简述了弹簧支架在汽车整个空气悬架系统中的作用,针对某种型号客车的空气悬架,应用多体动力学软件ADAMS构建了悬架的虚拟样机,进行了动力学仿真分析。应用ANSYS软件对弹簧支架进行了分析,计算了弹簧支架的应力、变形特性和疲劳寿命。     

计算机仿真技术在航空断路器产品分析中的应用

将多体动力学理论和计算机仿真软件进行了有机结合,在解决航空断路器产品触点预接触问题中,运用DDM运动与动力学分析软件,对SolidWorks三维CAD软件所生成的某型系列航空断路器数字模型,进行运动与动力学仿真;并运用COSMOS结构分析软件,对DDM分析合格后的产品进行固有频率等参数的计算,以达到优化设计的目的.     

计算机仿真技术在航空断路器产品分析中的应用

将多体动力学理论和计算机仿真软件进行了有机结合,在解决航空断路器产品触点预接触问题中,运用DDM运动与动力学分析软件,对Solidworks三维CAD软件所生成的某型系列航空断路器数字模型,进行运动与动力学仿真;并运用COSMOS结构分析软件,对DDM分析合格后的产品进行固有频率等参数的计算,以达到优化设计的目的.     

基于刚-柔耦合模型的C80B型敞车动力学性能研究

以SIMPACK软件为多刚体动力学仿真平台、Ansys软件为柔性体仿真平台,采用在系统外将车体柔性化的建模方法建立C80B型敞车刚-柔耦合动力学模型,进行动力学性能仿真计算.在此基础上与刚体动力学模型仿真计算的动力学性能指标进行对比,分析车辆仿真模型中车体柔性化处理对动力学性能的影响.计算分析结果表明:车辆仿真模型中车体柔性化处理对车辆动力学性能的影响大于刚性车体对动力学性能的影响.     

OpenSim对跳跃动作上下肢肌肉协调性的仿真分析

本文基于OpenSim建立了一个包括上下肢在内的人体整体骨骼肌肉仿真模型,通过Vicon红外摄像系统、Kistler三维测力平台以及遥测肌电对摆臂与背手两种原地纵跳动作进行同步测试,并结合逆运动学、逆动力学等仿真工具寻求上下肢肌肉协调工作提升原地纵跳动作效果的实证。结果表明：本文所建立的人体整体肌肉骨骼仿真模型具有高度可靠性,分析得出摆臂原地纵跳动作中三角肌前束对重心的提高贡献最大。研究结果可为将来上下肢助力外骨骼的设计与研究提供帮助。     

基于MATLAB的人体上肢运动学分析及仿真

建立了一个五自由度的人体上肢模型(Upper Limb Model),利用MATLAB语言的矩阵计算和可视化功能对该模型进行了运动学分析,并实现了模型的三维立体仿真。有助于对上肢关节运动角度的理解,提供了一种新的运动分析方法。     

基于电磁跟踪系统的人体上肢运动实时检测方法

采用电磁跟踪系统对人体上肢运动数据进行测量,建立人体上肢的简化模型,并在此基础上布置传感器,达到实时跟踪的目的.提出一种通过电磁跟踪系统各个传感器得到的数据计算关节旋转矩阵的新算法,从而计算出上肢运动时各关节旋转角度,可用于对人体上肢日常活动范围的测量.     

Musculoskeletal upper limb modeling with muscle activation for flexible body simulation

The use of digital human models has been increasing rapidly in various fields from medical to engineering applications. Most of the works on human models involving muscle activation have been concentrated on rigid body simulation so far, because the dynamics of human body motion has been primary concern regardless of the effects on human musculoskeletal body. Recently the need for flexible body simulation including muscle activation has been increasing for engineering applications. In this paper, a musculoskeletal model with muscle activation of an upper limb for the dynamic simulation of FE based flexible body is presented. In order to estimate the in vivo forces of muscles in motion, optimization technique is employed to solve multiple solutions problem. The simulated results were compared with the experimental data, EMG for validation. As a result it was found that muscle activation as part of musculoskeletal model can be employed for a FE based flexible body software.     

上肢外骨骼机器人的阻抗控制与关节试验研究

外骨骼机器人穿戴于人体上,可以作为一种助力、增强或者交互的工具,应用于康复、遥操作等领域。针对上肢外骨骼机器人的人机交互控制问题,提出一种上肢外骨骼机器人的阻抗控制模型,并建立了一体化关节的动力学模型,详细设计了单关节的阻抗控制方法。基于外骨骼机器人在人机交互控制中的随动任务特性,设计了基于力的阻抗控制方法以及基于位置的阻抗控制方法。针对阻抗控制模型为二阶系统的特点,提出了阻抗控制参数优化分析的方法。建立了单关节阻抗控制的数值仿真模型,通过仿真试验分析了惯性参数、阻尼参数、刚度参数以及人机接触刚度对阻抗控制性能的影响。开展了单关节系统的阻抗控制硬件试验。试验结果表明单关节系统的触碰检测、重力补偿以及阻抗控制均可实现,并且操作者与关节系统可以实现协同运动。     

液压驱动下肢外骨骼系统设计与控制研究

研究基于液压驱动的下肢外骨骼机器人,旨在实现人体下肢的运动康复。设计结构紧凑型液压驱动下肢外骨骼整体机构。建立了下肢外骨骼多连杆机构模型,基于拉格朗日法对模型进行动力学分析。针对下肢外骨骼的快速随动控制提出了一种滑模控制器,并运用MATLAB进行了控制仿真模拟,仿真结果表明,外骨骼采用该控制算法具备良好的跟踪效果。搭建了外骨骼系统软硬件平台,通过预设步态跟踪控制实验,验证了机构的合理性与控制算法的有效性。     

面向助力机器人设计的人体负重楼梯行走下肢运动研究

利用Motion Analysis公司开发的步态分析系统对12名测试对象分别进行不同负重(0kg,10kg,20kg,30kg)的上楼梯行走实验,检测出上楼梯过程中,下肢关键点的三维坐标值及脚底与地面间的反作用力及力矩,通过建立人体下肢动力学模型,获得行走过程中下肢各关节的运动学及动力学行走数据,并分析出随着负重的增加,下肢各关节的运动变化特征。揭示了人体不同负重上楼梯过程中下肢各关节的运动机理,获得的运动学及动力学数据为下肢助力机器人的设计提供了重要的理论依据。     

药协调臂刚柔耦合动力学仿真

为研究某火炮药协调臂的运动状态,用三维软件Creo创建药协调臂的三维模型,将模型导入多体动力学软件Adams中,施加函数驱动对模型进行多刚体运动分析。然后,基于第二类拉格朗日方程和多体动力学理论,将药协调臂上的双连杆、上连接板、上支杆考虑为柔性体,用有限元软件ANSYS和Adams联合建立药协调臂的刚柔耦合模型,并施加与刚体模型相同的驱动。对比两次仿真的结果发现,刚柔耦合模型更符合工程实际,分析的结果为药协调臂的改进及结构优化提供了理论依据。     

基于ADAMS的乘用车发动机曲柄连杆机构动力学仿真研究

利用多种大型工程软件,对某乘用车发动机的曲柄连杆机构进行了动力学分析.首先,基于ADAMS/Engine模块创建TU5JP4发动机的曲柄连杆机构的刚体动力学模型;之后,将曲轴、连杆视为柔性体,利用Pro/E软件创建其实体模型,并导入ANSYS/Flex模块生成模态中性文件;最后,将上述模态中性文件导入ADAMS,构造系...     

新型三平移一转动并联机构及运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论，以单开链支路为单元，提出了一种能实现空间三维移动和一维转动的四自由度并联机构。分析了该机构的运动特性，运用连杆DH矩阵，探讨了具有5R支链的建模方法，给出了机构位置反解的数学模型，并在ADAMS虚拟样机软件及MATLAB数学计算软件上进行了数值验证。这种机构具有4个自由度运动特性，在结构上具有较好的对称性，且支链结构可进行模块化组装，有较好的应用前案。为机构建立的反解模型较简单，数值验算证明是正确的。机构的运动学反解模型为该机构作进一步的运动学动力学及优化设计研究打下基础，并为系统控制提供了理论依据。