机床结合面动态特性研究

本文以机床结构为例，提出了机械结合面动态特性计算机模拟分析方法，计算了平面结合、圆柱结合、螺栓结合在不同结合条件下的动态特性参数，并将这些参数应用于单柱立车的动态分析和结构改进中，取得了较好的效果。     

车铣复合加工中心动态特性分析

以DTM-B70车铣复合加工中心为例,对机床进行有限元动力学分析,分析机床的动态特性,为机床结构的动力学设计提供依据。研究了关键零部件动态特性结合面等效原理,介绍了支承件的结合面等效方法,基于支承件结构建立整机的有限元物理模型,分析其动态性能。根据动态特性分析,确定机床立柱为该机床薄弱环节,以便于后续对薄弱环节进行结构优化,提高部件的刚度和固有频率。     

铣削工况下考虑结合面的主轴系统动态特性

机床主轴系统动态特性直接影响铣削稳定和表面加工质量，而铣削状态下主轴系统动态特性与静止或空转状态下存在差异。针对此问题，建立了铣削工况下主轴系统和结合面动力学耦合模型，获得铣削工况下主轴系统动态特性，并通过铣削过程中机床主轴系统动态特性实验测试进行验证，将静止状态与铣削工况进行对比，预测结果误差平均降低了11.35%。实验结果表明，径向铣削载荷和转速削弱了结合面的刚度特征和系统动态特性，而轴向铣削载荷增强了结合面的刚度特征和系统动态特性，影响最为明显的是主轴转速，其次为径向铣削载荷，然后为轴向铣削载荷。研究结果为铣削状态下主轴系统动态特性和铣削稳定性预测提供了理论支持。     

压阻式微加速度计动态特性与阻尼的关系研究

采用微机械加工工艺制作的压阻式微加速度计在测试过程中经常出现动态特性欠佳甚至于结构损坏的现象，在压阻式微加速度计中，合理设计阻尼参数有助于改善传感器的动态特性。将压阻式微加速度计简化为二阶模型，定性分析了系统动态特性与阻尼之间的关系，研究了压阻式微加速度计结构中阻尼的设计和控制方法，仿真、比较了带不同阻尼参数传感器系统的动态特性，并通过实验验证了仿真分析的正确性。     

水泵叶轮结构动态特性改进设计

叶轮是潜水搅拌器的重要部件,它的动态特性影响着潜水搅拌器的主要特性:动力性、振动与噪声、经济性等.结合实验模态分析和有限元理论计算,对叶轮的动态特性进行研究,对两者结果进行分析,在得出两者存在强相关性基础上,给出了基于动态特性的叶轮结构改进方式.     

水泵叶轮结构动态特性改进设计

叶轮是潜水搅拌器的重要部件,它的动态特性影响着潜水搅拌器的主要特性:动力性、振动与噪声、经济性等;本文结合实验模态分析和有限元理论计算对叶轮的动态特性进行研究,对两者结果进行分析,在得出两者存在强相关性基础上,给出了基于动态特性的叶轮结构改进方式。     

高架桥式高速五坐标龙门加工中心动态仿真与结构优化

在大型高架桥式、高速、高精度五坐标龙门加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数,并将其应用到数字仿真模型中,提高模型的精度。在结构动态分析中采用刚体与柔性体结合的仿真方法,对加工中心的关键部件进行柔性化,分析其对系统相应的影响,并在此基础上对这些主要部件进行结构优化设计,提高系统的动态特性。     

DN80二通插装式伺服阀动态特性优化研究

针对国产DN80二通插装式伺服阀阶跃响应时间长的问题，提出先导控制腔优化方法以提高动态特性。首先建立先导控制腔三维数模，利用Fluent软件详细分析了主阀芯不同开口度的液动力分布情况，将先导控制腔的直径优化为90 mm;然后结合仿真软件AMESim对DN80二通插装式伺服阀进行动态特性研究。仿真结果表明：先导腔结构参数优化后减小了液动力，提高了动态响应特性。最后对优化后的DN80二通插装式伺服阀进行实验测试，其阶跃响应时间由40 ms缩短至23 ms,显著提高的了动态特性，验证仿真与优化的准确性。     

磨边机磨头整体有限元建模及分析

用有限元方法对磨边机整体结构进行建模和动态分析，并探讨磨头磨块的不同分布形式对磨头结构动态特性的影响，发现磨块的分布是造成“狗牙”缺陷的主要因素之一，并选出动态特性较好的一种磨块分布形式用于整体结构，在实践应用中取得良好的效果。     

高速加工中心立柱结构的拓扑优化

基于连续体ICM拓扑优化方法，提出了以体积为约束条件，机床的固有频率为目标函数的结构动态设计方法。为提高拓扑优化的精度，在结构优化过程中，同时也考虑了非设计区域的动态特性。将该方法应用到XH6650高速加工中心的立柱结构优化中，从而提高了机床的整机动态特性。     

新型集成化仿人手指及其动力学分析

研究了一种新型的集成化仿人手指。这种手指有两个主要特点:采用微直线驱动器和腱传动相结合的方式驱动手指,实现了机械本体和驱动系统的集成;采用差动机构设计了轴线相交的2自由度基关节,手指末端的两个关节是机械耦合的。系统地分析了手指的运动学和动力学,为灵巧手的优化设计和控制奠定了基础。     

蛇形机器人行波运动的研究

对蛇形机器人的行波运动机理进行了研究,基于Serpenoid曲线建立了蛇形机器人行波运动的形状控制模型、运动学模型、机构动力学模型及环境动力学模型,给出了求解过程。仿真结果表明：在行波运动中,各关节输入力矩大小呈周期变化,且随其与蛇体重心距离的增加而减小。蛇体中心关节的最大输入力矩为蛇形机器人所需最大输入力矩。对称关节输入力矩幅值变化规律相同,但相差不同;运动初始弯角保持不变,关节输入力矩随着环境摩擦因数的增加而增加。环境摩擦因数保持不变,关节输入力矩随着初始弯角的增加而减小。     

Optimal trajectory planning with application to industrial robots

A procedure is presented for planning optimal trajectories for application to industrial robots. First, trajectories are optimised by considering the nominal dynamics of a robot with rigid links and joints and with constraints on joint torque and speed. The minimum-time optimisation criterion is complemented by a miminal dynamic energy criterion that leads to smoother actuator inputs that do not excite joint vibrations. Weighting factors for these cost functions are then determined by trial simulations. By these means the effect of controller characteristics and elasticity, friction and backlash in the joints may be taken into account. A minimum-time movement for the real-world robot is obtained which displays the dynamical behaviour predicted in the planning procedure. Results from measurements and simulations for a PUMA 562 robot illustrate the approach. Further improvements may be achieved by a custom controller with the feedforward torques as shown in a comparison of trajectories executed with a VAL2 controller and a custom controller.     

Development of a new method for joint damping identification in a bolted lap joint

Mechanical joints have considerable effects on dynamic behaviour of machine tools; thus, joint damping identification is important in studying the dynamics of mechanical structures. Due to the difficulties in analysis of microslip friction, the experimental prediction of microslip joint dynamics is of great importance. In this study, a new experimental approach is proposed to determine the damping of bolted lap joints. Because of the complex nature of the mechanical joints, the lap joint is isolated through the addition of a mechanical resonator, which consists of a lumped mass and spring, to the bolted structure. The frequency response function (FRF) of this system is used for joint damping identification. This approach is used for bolted structures under both translational and torsional excitations and overcomes difficulties associated with slip boundaries identification in the joint interface. The method is verified by comparing the obtained results with those of the hysteresis loop approach.     

3自由度气动串联机械手的关节控制

3自由度气动机械手属关节串联式机器人,机械手在运动过程中,转动惯量、重力矩及关节间的耦合力矩等参数都会发生较大变化,影响了机械手末端的运动精度。针对这些问题,利用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析,得到多关节联动时单关节力矩方程。以腰部关节为例,通过对关节动力机构的数学模型线性化处理,采用状态反馈极点配置方法进行控制器设计,试验表明具有一定鲁棒性,但存在一定静态误差。分析产生误差的原因主要是干扰力矩的影响,根据单关节规划路径通过动力学模型得到补偿力矩,利用输入前馈对关节实施动态补偿。试验验证了方法的有效性,从结果可以看出,该组合控制策略抑制了扰动,提高了轨迹跟踪精度。     

考虑运动副间隙的机构动力学研究方法

对考虑运动副间隙的机构动力学研究状况进行了评述,指出了各种研究方法的特 点,提出了今后在计入运动副间隙的机构动力学建模中尚需进一步考虑的实际因素。     

大型刚体调姿系统最优时间轨迹规划

研究基于三坐标支撑柱的大型刚体位姿调整系统。系统可等效为6自由度冗余驱动并联机构,动平台初始位姿和目标位姿已知,而运动时间和路径不确定。为了使支撑柱运动平稳并提高调姿精度,在考虑工程实际中的关节驱动力约束和驱动速度约束的基础上,提出一种最优时间轨迹规划算法。首先运用冗余驱动并联机构的分析方法建立该系统的运动学和动力学模型,并通过Moore-Penrose广义逆矩阵得到关节驱动力的最小范数解,然后以时间为参数,运用5次多项式拟合调姿物体的位姿变化轨迹,再通过二分法求解出满足关节空间约束的最优调姿时间,从而生成相应的关节运动轨迹。仿真结果表明算法只需经过较少次迭代就能获得理想的调姿运动轨迹。总之,该轨迹规划方法是有效的。     

机器人动力学的一种通用算法（之二）──算法的应用与计算效率分析

利用作者提出的机器人动力学通用算法￣［１］，讨论了当机器人含有闭链结构时的动力学计算处理方法，并与传统的几种力学算法在计算效率方面进行了比较。结果表明：本文算法所需计算量与牛顿－欧拉算法相当，但比其它传统算法计算量要少，井克服了牛顿－欧拉算法不易于处理含闭链结构的机器人动力学的不足之处．     

基于逆动力学模型的Stewart平台干扰力补偿

Stewart型电液伺服平台操作空间与关节空间之间的雅可比矩阵随位姿而时变,使得各液压缸的轨迹动态同步难以保证,且各缸末端铰接于运动平台,这导致各通道存在着动态耦合的干扰力.针对此问题,在推导系统动力学模型的基础上,通过对关节干扰力的由来和作用进行分析,以系统理想轨迹逆动力学为参考模型,通过运用关节实际运动学输出的正解和系统动力学逆解求得实际关节驱动力,从而得出动态偏差力.在关节位置闭环控制基础上,利用动态偏差力,设计自适应模糊干扰力补偿规律,实现力/位置混合控制,使各支链快速趋于同步,在减小了平台抖动的同时也降低了调整时间,有效提高了系统的整体跟踪性能.     

Analysis and tests of boned insulted rail joints subjected to vertical wheel loads

In traditional railroad tracks, joint bars are being used to connect the ends of adjoining rails. Because the vertical bending stiffness of two bars is generally much lower than of the rails, the passing wheels generate larger deflections in the joint region. This in turn leads to larger wheel forces caused by the dynamics of the passing vehicles and to accelerated track deterioration. In recent decades these expansion joints are being eliminated by the introduction of the continuously welded rails (CWRs). However, the retention of the automatic block signaling system created the need for electrically insulated joints is that the bending stiffness of the insulated joints bars is even smaller than of the non-insulated bars that are being eliminated. There are very few published analyses of joints in track; especilly of insulated joints. The purpose of this paper is to contribute to a better understanding of the mechanics of rail joints. At first an analysis is presented for the joint tests to be conducted. Then a test program is described that utilizes actual bonded joints. The obtained test results are then compared with the corresponding analytical results. The agreement is good. This confirms the validity of the assumed joint model and of the presented analysis. The paper concludes by analyzing the effect of a rail joints in a CWR track caused by a vertical wheel load.