交叉型平面二自由度移动并联机构运动学性能分析

为研究一种新型平面二自由度移动并联机构的运动学性能,建立其运动学模型,推导出位置正/逆解的解析表达式,定义运动学性能指标,分析不同构型的性能指标表达式,探讨性能指标与机构尺寸之间的关系,并绘制相关的性能图谱.得到该并联机构具有较大有效工作空间与机架尺寸比值、导轨长度短等优点.这些性能图谱为该并联机构的优化提供了参考.     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

基于Hertz接触理论的滚动直线导轨副静力学解析建模

为研究滚动直线导轨副的静力学特性,基于Hertz接触理论,从分析单个滚珠与沟槽的接触入手,在综合考虑滚动直线导轨副结构特点基础上建立静力学模型,并对其垂直方向刚度进行理论求解;然后运用CoFEM模型对该模型进行验证,进而分析不同外载荷及预紧力对滚动直线导轨副静力学特性的影响。结果表明:在不同外载荷作用下,滚动直线导轨副表现出分段非线性性质;增加预紧力可显著增加系统的刚度,从而提高系统稳定性。     

微/纳米定位平台的桥式机构静、动态优化设计

为了解决桥式机构静态性能与动态性能相互制约问题,应用伪刚体模型法,建立桥式机构的静、动力学模型,分析表明:柔性板簧厚度越小、长度越长,桥式机构的静态性能越好,但动态性能就越差;动态性能主要受柔性板簧厚度影响,板簧长度对其影响不大.为了优化桥式机构的静、动态性能,建立该机构总性能的优化模型,并对柔性板簧厚度、长度等几何特征参数进行了优化设计.应用ANSYS,对优化前、后的机构进行了仿真分析,并对机构的静、动态性能进行了试验,结果表明:优化后机构的稳态时间减小为0.032s,比优化前ANSYS仿真缩短了80%,微位移输出减小了40.2%,优化后机构总性能达340.75mm·Hz,比优化前ANSYS仿真提高了74.53%.     

6-3-3并联机构结构设计与虚拟样机研究

基于静力学模型,结合机械加工工艺性,对6-3-3并联机构各零部件进行了结构设计.在Pro/E软件中建立了该机构各零件数字化模型并提取了几何和质量参数信息.最后给出了该机构总装配数字化模型。为该机构物理样机的制作与测试提供了技术基础.     

4-3型六自由度并联机构的位置正逆解分析

在对4-3型六自由度进行机构拓扑结构分析得出其耦合度为0的基础上;首先,通过顺序求解该机构各个基本运动链的位置,以求出输出平台的位置正向解析解表达式,再通过求解机构的位置反解,验证了全部正解的准确性.这种基于拓扑结构耦合度分析的位置求解方法,无须通过复杂的数学方法来建立、求解机构位置方程的一元代数高次方程,计算简易,而导出的正逆解析解便于实时控制及其后续的工作空间、误差分析等研究.     

一种新型并联运动振动筛主机构及其运动学分析

提出并设计了一种新型空间3自由度并联运动振动筛主机构,该机构的运动平台具有1个移动自由度和2个转动自由度,适合于物料筛分运动;建立了该机构的运动学正逆解数学模型,并建立了运动仿真模型,为今后对该并联运动振动筛进行尺度设计及运动控制等工作奠定了基础.     

3-RRR型并联机构运动学研究

针对3-RRR型并联机构的输入及输出构件间的位置关系展开研究.基于运动螺旋理论,分析了该机构的自由度性质,并确定了主动副的位置;建立了机构的逆运动学方程及正运动学方程,并对给定运动平台的位姿进行了数值计算,以验证所建立方程的正确性;研究了机构的运动解耦性以及运动平台的工作空间大小与连杆长度变化的关系;最后,对给定运动平台的运动方程下主动副的输出转角进行了数值仿真.     

基于模态应变能的切割机构分析与结构改进

为了提高切割机构的刚度,延长工作寿命,从应变能分析的角度出发对切割机构进行分析.利用有限元仿真在自由模态和约束模态条件下,通过一定频率范围内的应变能的叠加找出该机构的整体薄弱位置.在结构优化后在自由模态下的最大应变能数值由原来的7.045×10~3变为3.016×10~3;在约束模态下最大的应变能从5.620×10~3变为4.824×10~3,实现降低切割机构的应变能,提高结构刚度使切割机构的整体刚度得到加强.     

多环闭链空间可展开机构力-热耦合协同优化

针对一种多环闭链空间可展开机构的力-热耦合设计问题,首先列写了展开单元机构的静力学平衡方程,完成了展开单元的静力学分析,进而根据虚功原理,求得机构在展开态下的转动刚度;然后综合考虑机构的力热性能,以杆件横截面尺寸为设计变量,以机构在太空环境下整个展开过程中的热变形小、重量轻、展开态下的基频高和转动刚度大作为优化目标,采用协同优化方法建立了多环闭链空间可展开机构协同优化的数学模型;通过数值求解,得到该机构所有杆件的横截面尺寸参数最优值．分析结果表明,优化后的机构热变形降低了约56％,展开态基频提高了约39％,展开单元的重量与转动刚度均满足设计指标．     

大型龙门铺丝机综合误差建模及补偿

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法. 采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重力变形的测量数据与Powell算法实现对几何误差参数的辨识;综合重力变形模型和几何误差模型,提出基于综合误差补偿的G代码修正策略. 在龙门铺丝机上开展综合误差补偿对比实验,结果表明,补偿前龙门铺丝机误差较大,不能完全满足铺放精度需求,而经过补偿后位置误差和姿态误差均大幅度降低,其中姿态误差减小80%以上,而位置误差减小90%以上,满足铺放精度需求,证明了所提出的综合误差建模和补偿方法的有效性.     

4-UPS-RPS并联机器人机构及其静力学分析

提出了一种4-UPS-RPS新型空间5自由度并联机器人机构.运用约束螺旋理论分析了4-UPS-RPS并联机器人机构实现3转动和2移动5个自由度运动的机构学原理, 计算其自由度, 分析其驱动输入选取的合理性.建立了4-UPS-RPS并联机器人机构的静力学平衡方程和静力传递矩阵, 以该机构作为并联机床的应用实例, 求解其静力学方程.该研究为并联机构的优化设计和运动规划提供了理论依据.     

5-PSS/UPU并联机构的多目标性能参数优化

在并联机构多目标参数优化方面,针对5-PSS/UPU并联机构,提出基于空间模型技术与主成分分析法相结合的多目标性能参数优化方法. 推导出机构的位置反解、运动传递平衡方程,对单个驱动分支进行螺旋分析,给出多个全域性能指标;应用空间模型技术,研究各全域性能评价指标与机构结构参数之间的分布规律,绘制了各项全域性能图谱;应用主成分分析（PCA）法,研究各全域性能指标之间的相关性,得到综合性能评价指标函数并绘制综合性能图谱;基于综合性能图谱,选取多组结构参数并计算综合性能指标在机构工作空间下的分布规律.研究结果表明,空间模型技术结合PCA法能够综合考虑机构的各项性能,对结构参数进行优化设计,该优化方法同样适用于其他并联机构.     

基于神经网络的平面五杆可调机构的动力学解析模型

应用Kane动力学方法对平面可调五杆机构进行了动力学分析,建立了平面五杆机构的动力学解析模型。并研究了构件几何参数和物理特性对广义驱动力矩的影响规律。在此基础上,应用BP神经网络对可调五杆机构逆动力学模型进行了辨识,将整个动力学模型系统分为3个子系统,分别采用BP神经网络系统对广义质量矩阵、向心力哥氏力矩阵和重力矩阵进行学习,求解得到可调平面五杆机构的逆动力学模型问题。     

Android平台中无线定位的多次逆推模型

目的研究适用于资源受限的条件下的无线定位技术,建立基于Android终端的无线定位多次逆推模型,使系统具有较高的定位精度和较强的通用性．方法采用多次逆推模型进行多次定位,用终端的位移和方位角推导测试点位置坐标,综合多次定位结果推算测试点的位置坐标．结果在真实手机平台上实现了多次逆推模型,测试结果表明逆推次数为3～20次时,比常规一次定位精度提高20％-40％,验证了方案的可行性．结论采用多次逆推模型能够有效提高移动终端定位精度,同时没有增加移动终端的计算代价与资源消耗．     

3-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人.     

变负荷下单螺杆制冷压缩机复合滑阀能量调节机构特性

为了解决不同环境工况下单螺杆制冷压缩机内外压比不等的问题,以提高运行效率,提出采用复合滑阀新型能量调节机构.复合滑阀能量调节机构可同时实现气量和内容积比调节.基于单螺杆制冷压缩机的工作特点,确定了某单螺杆制冷压缩机复合滑阀的结构参数;分析了旁通口起始位置和串气槽对不同负荷下内容积比的影响;建立了有效旁通面积的计算模型,得到不同负荷及滑阀起始位置对有效旁通面积的影响,为部分负荷工作特性研究奠定了基础.研究表明:复合滑阀可以实现满负荷内容积比较大范围调节,部分负荷时,随着气量的减小,内容积比随之增大,串气槽可以有效缓和其增大,滑阀起始位置越靠近排气端,内容积比和气量突跳量越大;有效旁通面积和持续时间随着负荷减小而增大,旁通口起始位置在不越过封闭螺旋线的条件下应尽量靠近进气端,以提高部分负荷压缩机的工作性能.     

绳牵引刚柔式波浪补偿并联机构的设计与建模

为了减少海上集装箱货物运输中风浪造成的损坏,提出刚柔混合驱动主动式波浪补偿并联机构. 基于刚柔混合并联机构的动定平台的矩阵旋转原理和几何封闭法建立位置逆解数学模型;利用空间几何原理构建机构位置正解数学模型;利用求导法则对位置逆解进行求导,建立速度雅可比矩阵与加速度的二阶影响矩阵;基于绳子是柔性变形体推导出系统刚度矩阵,探究影响系统刚度的因素和增加系统刚度的原则. 利用数值模拟仿真对运动学和系统刚度进行验证,结果表明位置正逆解的输入输出误差不超过实际误差的2.25%;发现理论仿真曲线和样机仿真曲线较吻合,误差不超过7.4%,验证了运动学模型的正确性;根据刚度矩阵发现刚度影响因素对系统刚度的影响规律. 通过对绳驱动刚柔混合驱动波浪补偿并联机构的实验验证,发现该机构的补偿效果均高于90%. 证明研究结果为刚柔混合主动式波浪补偿并联机构的运动和机构设计提供了理论支持.     

六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划.     

5-3型6-SPS并联机构位置分析的正逆解析解

应用基于序单开链的机构结构理论,分析计算出5-3型6-SPS并联机构的耦合度为0,直接通过依次求解各个基本运动链的位置求出了机构位置正解的解析表达式,无需复杂的数学推导;又通过求解位置反解及算例,验证了位置正解的准确性。该方法计算简易、几何意义明确,得到的位置正、逆解析式有利于实时控制及工作空间、误差分析等的理论求解与分析。