面向冗余驱动的自适应柔性连接机构优化设计

为了使X-Y-Z直角坐标机器人实现高速高精度运动,在X方向除了采用直线电机驱动外,还采用了对称设计的冗余驱动方案。但冗余驱动会造成运动控制上的困难,进而影响系统的运动平稳性。为了消除冗余驱动带来的问题,从机构学原理出发,利用连杆机构,将一个冗余双驱动的刚性结构变成了一个有确定运动的非冗余二自由度五杆机构。将五杆机构的非驱动关节设计为柔性关节,并通过正交优化算法给出柔性关节的最优设计尺寸。有限元分仿真结果表明采用柔性关节不仅顺利的消除了冗余驱动,还提升了整个机器人的运动性能。     

基于冗余伺服电机法对含有外负载的刚性连杆机构的动力学平衡研究

在刚性连杆机构承受外负载的情况下,采用冗余伺服电机法对机构进行动力学平衡分析。根据实际工作要求推导了连杆机构和伺服电机的动力学方程,通过一个实例,对连杆机构的动力学平衡特性进行了分析。验证了RSM法对含有外负载的刚性连杆机构动力学平衡的有效性,同时也对机构动平衡时所需要的理论输入转矩与伺服电机实际输出转矩的关系进行了对比研究。     

实现变超椭圆轨迹混合驱动凸轮连杆机构的研究

将混合驱动理论应用于凸轮连杆机构,介绍了混合驱动凸轮连杆机构的概念和意义.在对其进行了运动学分析的基础上,使用图解法推导出混合驱动凸轮连杆机构柔性空间边界条件.指出混合驱动凸轮连杆机构再现轨迹应满足柔性空间边界条件和运动学几何约束条件.设计了实现成组超椭圆轨迹的凸轮连杆机构实例.仿真实例结果表明,混合驱动凸轮连杆机构可以在比较规范的柔性空间内精确实现复杂的相同运动规律或不同运动规律的成组轨迹.     

输入转速波动对柔性连杆机构振动平衡特性的影响

研究柔性连杆机构的振动平衡特性时，一般总是假定曲柄处连接着质量巨大的飞轮。这一假定与柔性机构整个机构重量减轻的目标相矛盾。没有飞轮的柔性机构的输入转速由于机构惯性等因素影响，必然存在一定的波动。本文首次对存在输入转速波动的柔性连杆机构的震动力、震动力矩及输入扭矩进行了研究。数值模拟结果表明，不论存在微幅高频波动还是存在小幅低频波动，都使机构的震动力、震动力矩和输入扭矩发生不同程度的变化。但这种变化幅度较小，不能改变其根本趋势。这一结论对于进一步减轻柔性机构的整体质量具有实际意义。     

盾构机冗余驱动推进系统不同分组策略的动力传递特性实验研究

盾构机冗余驱动推进系统不同分组策略是其顺应复杂地质环境中掘进时突变载荷的一种重要的手段。以盾构机机械结构和工作载荷为基础,设计变负载下冗余驱动推进系统动力传递特性研究实验台,引入分组矩阵建立冗余驱动推进机构的力传递模型,通过数值仿真与实验数据相比较验证实验台的有效性。针对盾构机中两种典型的分组策略,提出实验台相应等效分组方法,对不同载荷下冗余驱动推进系统的动力传递特性进行研究。实验结果表明,不同变载荷条件下冗余驱动推进系统采用不同的分组策略可以有效降低载荷波动,该结果为面向复杂地质条件的盾构机冗余驱动推进系统分组设计方法的建立提供了依据。     

空间机构摆动力完全平衡最少条件数和并联机器人机构的摆动力平衡

本文在单位向量法的基础上,研究了空间连杆机构摆动力完全平衡的最少条件数。导出了计算方程;同时利用单位向量法研究了并联机器人机构的摆动力平衡,文中以6-RSS并联机器人机构为例说明平衡条件的推导过程。     

并联机构驱动力优化配置方法及应用研究

驱动冗余作为机构驱动力优化配置的一种有效手段,它的输入力大小以及冗余方式会对并联机构主驱动力有较大的影响。基于虚功原理建立了驱动冗余情形下的动力学方程,采用最小二范数解作为冗余驱动的输入。并以Z3并联动力头为例,理论推导和计算了其在单冗余驱动与多冗余驱动下主驱动力的大小,分析了不同冗余方式对主驱动力配置的影响。最后,将理论解算得到的冗余驱动力作用在仿真计算环境中进行仿真验证,结果证明该方法对主驱动力优化配置的有效性和可靠性。     

Vex4冗余驱动并联机构的动力学建模、力优化及力位混合控制

并联机构引入冗余驱动可消除机构奇异位型,提高刚度和负载能力。但冗余驱动造成驱动力求解不唯一,可能引起内力对抗,造成能量损耗甚至机构损坏。因此冗余驱动并联机构的动力学建模与控制必须考虑驱动力分配和优化。应用自然正交补(NOC)法对Vex4三自由度冗余驱动并联机构进行动力学建模,采用右Moore-Penrose广义逆矩阵通过QR分解转置系数矩阵得到最小驱动力优化解。为平衡驱动力并跟踪轨迹,在力位混合即非冗余支链位置控制、冗余支链力(矩)控制基础上,采用动力学差分提出一种位控、力控支链驱动力同步优化方法,设计同步优化力位混合控制器实现轨迹跟踪控制。搭建Vex4冗余驱动并联机构样机开展轨迹跟踪试验,验证了所提优化和控制方法的有效性。     

弹性机构动力平衡的有效新方法

从改善弹性机构动力特性的角度研究了机构弹性动力平衡的本质问题。提出了附加弹性元件的新方法，有效地解决了弹性机构震动力、震动力矩、输入扭矩波动和运动副反力的平衡难题。首次推导出具有弹性元件的弹性连杆机构动力学方程，从理论上阐述了此平衡方法的有效性。仅用附加一根扭簧的简单方法实现了平面四杆机构的弹性动力平衡，效果明显。     

基于非线性PID的冗余驱动机构控制

冗余驱动机构是一个具有容错、低速输出的特殊机构。阐述了冗余驱动机构的工作原理,对该机构进行了运动学分析。在进行无刷直流伺服电机和丝杠传动机构建模后,建立了冗余驱动机构的全闭环数学模型。在介绍线性PID基础上,设计了应用于该传动机构的非线性PID控制器。对该冗余驱动机构进行了频响试验,验证了非线性PID控制器的合理可行。     

附加扭簧进行机构弹性动力平衡的理论和实验研究

对附加弹簧的弹性机构的动力平衡进行了理论分析 ,首次从实验的角度对这一问题进行了研究。通过一平面 4R机构 ,综合分析了附加扭簧对弹性机构动力平衡的影响 ,并对影响的机理进行了分析     

基于仿真的机构动平衡实验台振动研究

将机械动力学与有限元分析方法相结合,建立了机构动平衡实验台振动测量的仿真方法.通过将轴承座设为柔体,对比分析了平面四杆机构平衡前后的振动情况.通过仿真计算,有利于在设计阶段掌握机构的平衡程度,该方法对同类复杂机构的动平衡分析具有参考价值.     

柔性连杆机构振动控制实验研究

采用压电材料和粘弹性材料分别作为连杆机构振动主动控制和被动控制的材 料,针对一柔性四连杆机构进行了振动主动控制和被动控制的实验研究。实验结果 表明对于这类具有周期性运动特点的柔性机构振动控制而言,被动控制效果优于主 动控制效果。     

平面连杆机构摆动力与摆动力矩完全平衡的质量动替代法

在机构平衡中首次提出质量动替代法。首先对质量动替代法的力学特性做了探讨,然后利用此方法对四杆机构和Stephenson型六杆机构的摆动力和摆动力矩进行了完全平衡。     

电动机--柔性机构系统的动态特性实验研究

用二个电磁参数不同的电机驱动同一柔性四连杆机构，通过测试连杆中点应变值来研究驱动电机的电磁参数改变对柔性机构系统动态特性的影响。实验的数据表明电机的电磁参数对系统的动态特性有影响。     

自适应柔性连杆机构的动态特性研究——Ⅲ数值分析

在文献［１］、［２］的基础上，以曲柄摇杆机构为例，对自适应柔性连杆机构的动态特性进行了初步的数值分析与研究；为压电型高速自适应柔性连杆机构弹性体振动主动控制的设计工作提供了一定的基础理论和设计依据。     

冗余度柔性机器人协调操作刚性负载的动力学模型及仿真

冗余度柔性机器人协调操作系统集合了冗余度机器人、柔性机器人和协调操作机器人的优点 ,具有广泛的应用前景。本文研究了冗余度柔性机器人协调操作动力学 ,给出了两 4R冗余度柔性机器人协调操作一刚性负载的动力学模型 ,并进行了仿真分析。仿真结果表明 ,该模型是可行的。     

高速转子动平衡的传递函数法

应用传递函数（TF）的概念研究柔性转子高速动平衡两种经典方法－－影响系数法（ICM）和振型平衡法（MBM）的关系，证明二者本质上的统一性，并建立影响系数矩阵与传递函数矩阵的解析关系。应用灵敏度分析技术对柔性转子进行特征灵敏度分析，给出高速动平衡方法中平衡截面位置的选取原则。基于推导出影响九与传递函数的解析关系，提出柔性转子高速动平衡的新方法－－传递函数法（TFT）。多次实验表明，这一方法十分简单有效，有较高的准确性，既克服了影响系数法需要多次起机的缺点，又避免了振型法在临界转速测量时振动过大和相位不稳定的问题。     

提高柔性冗余度机器人动态性能的冗余关节运动规划方法

通过分析影响柔性机器人弹性动力响应的因素，得出了在结构参数不变的情况下可以通过适当调整关节运动参数来提高机器人动态性能的结论。对柔性冗余度机器人关节运动的冗余特征进行了研究。在此基础上，构造出以冗余关节角为状态变量的优化控制结构，得出一种新的柔性冗余度机器人优化控制方法，该方法使各关节的运动简单易控、保证各关节的运动不越限，消除了机器人的终态自运动。