多足步行机器人单腿柔性建模与仿真

以多柔体动力学理论为基础,运用拉格朗日方程建立了多足步行机器人单腿的多柔体动力学模型.通过Pro/E建立了单腿的三维实体模型,运用ADAMS对单腿模块进行了多柔体动力学仿真分析,仿真结果对于多足步行机器人的单腿柔性结构设计具有指导意义.     

虚拟轴混联研抛机床含间隙多刚体动力学研究

为了在自由曲面的弹性研抛中,获得稳定的动力学特性和加工效果,开发了一种由“3轴并联 2轴串联”构成的新型五自由度混联虚拟轴研抛机床。本文考虑铰接间隙的影响,运用牛顿二状态运动模型,对虚拟轴混联研抛机床并联机构建立了含间隙多刚体动力学统一方程。分析结果表明,由于间隙铰的存在,使间隙铰处运动副反力呈现大幅度连续波动现象,影响了虚拟轴混联研抛机床的运动稳定性。     

差动驱动并联机器人设计与运动学分析

基于Stewart并联机器人构型和偏置柔性虎克铰链,利用双螺旋副差动传动的方案设计了一款低成本高精度6-RR-RP-RR构型的6-DOF并联机器人。首先,基于双螺旋副差动传动原理,分别提出了串联和并联两种差动驱动方案,并对柔性虎克铰链进行了设计,确定了最终的整机结构设计方案;其次,对柔性铰链的柔度进行了理论建模,并仿真验证了其柔度和强度设计的合理性;此外,对该并联机器人开展了逆运动学分析,建立了其运动学模型,并采用牛顿-拉普拉森数值迭代方法进行了求解;最后,分别利用多体动力学和Ansys仿真软件验证了整机运动学模型和求解的准确性。     

6-PSS并联机构的刚-柔耦合动力学建模及仿真

主要对一种新颖的6-PSS并联机构进行刚-柔耦合动力学建模以及仿真分析。并联机构主要包括动平台、静平台、定长杆、滑块和冗余容错驱动装置等。以此机构为研究对象进行运动学分析,得到逆运动学方程。首先利用有限元理论对柔性杆进行离散处理,运用拉格朗日方程和动力学相关理论建立单元的弹性动力学方程及刚性子结构的动力学方程;推导出系统的弹性动力学方程。其次利用ADAMS软件和ANSYS软件建立6-PSS并联机构的刚-柔耦合体模型,对该模型进行仿真分析,与全刚体模型进行比较。仿真结果表明两类模型运动和受力曲线吻合,同时在短时间内,平台位置和受力误差趋于某一波动范围,模型各驱动力与系统负载相比较小;建立的刚-柔耦合体模型正确,机构的驱动性能较好。     

关节回转副间隙对焊接机器人末端位姿精度影响研究

机构回转副在运行一段时间后,由于磨损必然会导致配合间隙增大,从而加剧系统动力学性能恶化,导致焊枪末端偏离理论焊接位置,焊接精度降低直至失效。为了研究回转副间隙对机械臂末端位姿的影响程度,建立了机械臂回转副间隙数学模型,采用SolidWorks软件建立焊接机械臂虚拟样机,分别对有无回转副间隙机械臂进行运动仿真分析,获得了机器人焊接过程中铰接轴的运动特性。研究结果表明,含回转副间隙机械臂的铰接轴线速度和线位移存在一定程度的波动,对焊接机械臂末端位姿有影响,降低了焊接机器人的运动稳定性与焊接精度。     

机器人柔性关节前馈力/位混合控制策略研究

针对机器人关节柔性引起的轨迹跟踪误差问题和末端执行器残余振动现象,在PD反馈控制律基础上,提出一种基于柔体动力学模型的前馈力矩补偿控制算法和后置多模态自适应输入整形算法前馈力/位混合控制策略。建立六轴工业机器人柔体动力学简化模型,在不附加关节编码器和外设的情况下进行柔体动力学参数辨识,再将动力学模型改写为力矩计算方程,经计算得到前馈力矩并加入控制律中进行补偿;计算前馈力矩所用的期望轨迹需经过输入整形器处理,考虑机器人系统的时变性问题,采用后置多模态自适应输入整形算法对期望输入位移信号进行命令整形,从而抑制末端的残余振动现象。结果表明：所提出的前馈力/位混合控制策略能有效减少轨迹跟踪误差,抑制机器人末端的残余振动现象。     

计及混合间隙的高速精密机构非线性动态响应分析

间隙会导致运动副元素发生接触碰撞，从而对机械系统动力学特性产生较大的影响。针对高速精密机构中常见的运动副结构特点，建立一种含混合间隙特征的高速精密压力机传动系统的动力学模型，并考虑非线性接触特征的影响。将L-N模型和Coulomb修正模型引入到机械系统动力学方程中，采用Runge-Kutta法获得含混合间隙的高速精密机构动态特性，并在高速精密压力机试验平台上开展动力学性能试验，验证了此方法的正确性和有效性。在此基础上，分析输入转速、间隙尺寸等对含混合间隙高速精密机构非线性动态响应特征的影响规律。结果表明：运动副元素在高速精密机构运动过程中发生不同运动状态的来回切换，并会引起较大的冲击、碰撞；输入转速和间隙尺寸的变化会引起高速精密机构非周期性动态响应特征，引发混沌运动和跳跃现象。     

基于虚拟样机技术的并联机床多柔体系统运动学仿真分析

通过对3-TPT并联机床的运动特性进行分析,得出了其运动学方程,由于并联结构的特点,其考虑杆件柔性的多体系统的运动特性难以用方程求解。因此,本文利用有限元分析软件ANSYS,建立了机床柔性杆件的有限元模型,然后利用多体动力学仿真软件ADAMS形成了机床的多体系统模型,对其进行了运动学仿真,得出了运动学仿真曲线,并分别将刚体和柔性体仿真结果进行对比。结果表明柔性多系统的运动较多刚体系统的运动更为平稳,其运动能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性。     

含间隙非线性的工业机器人关节振动特性分析

为了探明关节间隙对工业机器人振动特性的影响，建立含间隙非线性的关节机电耦合动力学模型，对该系统间隙稳定性进行数值分析，随后对关节重要零部件开展扭转振动特性仿真研究，并搭建单关节摆臂试验台进行间隙测试。根据采集到的电流信息参数，提出一种基于力矩观测器的间隙补偿策略。间隙实验测试结果与关节系统谐振频域响应的仿真结果验证了所提含间隙关节模型的准确性，且通过补偿前后电流信号的实验结果证明了该补偿策略对提高关节系统稳定性有效。     

新型激振台的动力学分析与参数优化

提出了一种新型的激振台并研究其动力学特性,基于Sold Works和ADAMS软件建立激振台的虚拟样机模型。利用ADAMS的柔性体模块建立弹簧的柔性体模型,对激振台进行刚柔耦合动力学分析,并进一步分析了固有频率、振型及频率响应。根据分析结果优化弹簧和柔索的刚度,优化后的仿真结果表明:激振台的稳定性和振动情况都得到了提高。     

捕捉缓冲机构刚柔耦合多体动力学仿真研究

大部分动力学仿真分析采用的都是刚性构件，在现实生活中把构件看成刚性系统来处理可以满足要求，但这忽略了构件变形的影响。为了得到更真实有效的数据，就必须把模型的部分构件看作柔性体来处理。为研究某捕捉缓冲机构的动力学性能，从理论层面介绍动力学的研究方法和刚柔耦合研究的整体思路，并利用ANSYS和ADAMS导出的MNF文件和LOD文件，从刚柔耦合多体动力学的角度对捕捉缓冲机构进行了综合实验分析和对比。通过刚柔耦合研究实现了动力学和结构学的联合仿真，得到了更精确的仿真数据，在获得动力学测量数据的基础上又获得了结构学数据，使仿真结果更为全面，同时也为对结果要求较高的多体动力学工程仿真问题提供了参考。     

风力机主轴承刚柔多体接触动力学动态特性分析

为揭示多动态参数激励下兆瓦级风力机主轴承的动态特性,考虑空间柔性机构大范围运动与弹性体自身小范围变形的影响,对主轴承进行参数化分析并联合动载荷作用下的动力学方程进行数值求解。以兆瓦级风力机主轴承为研究对象,建立刚柔多体接触模型,进行仿真并验证模型的正确性与可靠性。结果表明:通过分析主轴承刚柔多体接触动力学特性,可得到风力机运转过程中主轴承各部件之间的动态响应特性、不同工况下柔性体的接触力变化规律以及阵风阶段内圈的受力危险位置。研究结果为风力机主轴承的结构优化提供参考。     

五轴联动数控工具磨床加工精度影响因素仿真分析

自主研发的五轴联动数控工具磨床能够实现对球头立铣刀等多种硬度高、刃形复杂刀具的磨削加工,且一次装夹完成所有的精加工。利用多体动力学理论分别建立磨床的多刚体动力学模型和刚柔耦合动力学模型。利用所建立的动力学模型,分析在其它因素相同,X、Y、Z三轴在不同进给加速度、动静质量比、主轴结合部不同相对刚度下的加工误差。得到了3种影响因素对磨床加工精度的影响,研究结果对磨床的设计与结构优化具有一定的参考意义。     

考虑关节间隙的空间机械臂臂杆振动特性研究

基于ADAMS动力学仿真软件,建立含间隙关节空间机械臂的动力学仿真模型,改变关节间隙尺寸和刚度系数等相关参数,获取不同关节间隙尺寸下的空间机械臂动力学响应;通过搭建含间隙关节的空间机械臂实验台,采用改变臂杆端盖孔径的方法改变关节间隙尺寸,分析不同关节间隙尺寸下的空间机械臂臂杆的输出振动特性。仿真与实验结果表明:臂杆末端的加速度和关节的接触碰撞力会随着空间机械臂关节间隙的增大而逐渐增大,但增幅会逐渐减小;空间机械臂关节间隙的增大还会导致关节内碰撞加剧,引起更大的能量损失。这可为提高含间隙空间机械臂的控制精度提供参考。     

最优输入整形抑制柔性机械臂的残留振动

研究机器人柔性机械臂末端残留振动的抑制,给出两自由度柔性臂的动力学方程设计了最优输入整形器,并将其应用到柔性臂的运动,抑制柔性臂末端残留振动,通过实验对比与分析,结果表明最优输入整形能够有效地抑制机械臂末端的残留振动,且引入系统的时滞时间更短.     

数控机床二轴数控转台动力学仿真与耦合分析

二轴数控转台是五轴联动数控机床的关键部件,文章运用多体动力学理论对摇篮式二轴数控转台的动力学特性进行了研究.首先建立转台的结构仿真模型和动力学模型,然后在理论推导动力学方程和耦合方程的基础之上,借助动力学仿真软件RecurDyn仿真并验证了其动力学性能和耦合作用.在进行耦合分析时,提出了一种将两轴单独运动与同时运动相对比的方法,得出了反映转台在各种运动状态下耦合作用的图形与数据,并提出优化设计的参考建议.     

基于ADAMS的搅拌摩擦点焊机器人动力学仿真分析

ADAMS软件在分析机构的运动学和动力学方面有着强大的功能;针对搅拌摩擦点焊机器人的设计问题,首先建立其动力学模型,然后利用Pro/E软件建立了机器人的三维实体模型,将其导入到ADAMS中进行动力学分析,给各个关节运动副加上相应的轨迹曲线方程,使其按照指定的运动方式运动。通过仿真得到并分析了机器人各关节在运动过程中各阶段的动力学特性,为电机系统的精确选型及控制系统的设计等进一步研发搅拌摩擦点焊机器人设备提供了可靠有力的依据,对于保证其机械系统的性能以及提高其可靠性等具有十分重要的意义。     

基于动量观测器和双编码器的协作机器人碰撞检测

为提高协作机器人高速运行时碰撞检测灵敏性，提出一种基于动量观测器和双编码器的碰撞检测方法。基于广义动量的动力学模型构建机器人外力矩观测器；利用双编码器的实时位置偏差和机器人关节传动结构等效柔性特征估计外力矩；设计反应策略实现碰撞后机器人快速停车及能被人工推动。仿真和实验结果表明：在机器人高速运行时，相比传统的基于动量偏差观测器算法，此算法响应时间更短，最大碰撞力更小，提升了高速下碰撞的检测灵敏度，增强了安全防护效果。     

考虑模型不确定和关节电机动态的柔性机械手滑模控制

针对双臂柔性机械手末端控制,考虑关节电机动态特性和模型参数的不确定性,提出一种非线性滑模控制方法。建立柔性机械手与关节电机的联合模型,并利用输出重定义的方法实现系统模型的解耦,并解决其非最小相位问题。重定义子系统和柔性模态子系统两部分。针对重定义子系统,设计一种非线性滑模控制器,可同时实现重定义输出变量和关节电机动态的鲁棒控制。推导出分解后的柔性模态在平衡点邻域的状态空间中的表达式,并基于李雅普诺夫稳定性理论,建立输出重定义系数与系统稳定性的约束关系,推导出双机械手末端位移的误差范围。仿真结果表明:关节电机动态的影响不可忽略,所提方法可显著改善系统响应性能。