基于ADAMS的椭圆齿轮动力学仿真分析

在利用MATLAB和Pro/E对椭圆齿轮进行参数化混合建模的基础上,将其导入机械系统动力学仿真分析软件ADAMS中,并在ADAMS里建立起一对椭圆齿轮互相啮合的虚拟样机模型,对其啮合过程进行仿真分析。通过对仿真结果和理论数据的分析比较,验证了基于MATLAB和Pro/E的参数化椭圆齿轮设计方法的可行性。     

水泥灌装机套袋机构设计与优化

针对水泥生产车间高粉尘环境,参照水泥行业的机械设计标准,提出了水泥灌装机套袋机构的设计原则。从生产实际出发,通过对水泥灌装机喷嘴与摆臂机构末端的一对多圆形轨迹进行跟踪与拟合,设计了一款间隙式自动套袋执行机构。以生产效率为控制函数对执行机构进行优化与仿真,并进行了套袋试验,试验结果验证了理论分析和仿真结果的准确性。该机构的研发为突破我国水泥行业自动套袋技术壁垒提供了有效尝试,将有效替代高粉尘环境下的人工作业。     

悬架模块的动力学建模与仿真

为研究悬架模块的运动特性,更好地进行轨迹规划和提高重力补偿效果,建立了在变速追踪和稳定运动时的3自由度悬架系统的动力学模型。提出了在空间机器人地面试验系统装置中,保证吊丝偏角很小且拉力与物体重力相等,利用加速追踪和运动调整,使得悬架模块中悬架点和悬架物体在水平面中同步运动,实现长时间模拟太空物体运动。利用数值计算方法对所推导的3自由度悬架系统的动力学模型进行求解,并结合所设计装置的参数进行两种不同跟踪方法的对比,仿真结果论证了通过滑动块合理的轨迹规划,可以用悬架模块实现空间飞行器在地面进行微重力模拟试验,也为设计方案时提供了理论指导和验证。     

参数化修形的直齿轮副啮合性能研究

齿轮的参数化修形设计可以快速、有效地改善轮齿啮合性能。在UG中建立全参数化的直齿圆柱齿轮模型,针对某一工况进行参数化的齿廓与螺旋线联合修形,在Hypermesh和Workbench中对其进行有限元仿真,获得不同修形情况的齿轮啮合特性。对比仿真结果可知,针对同一工况,选择合适的修形方式、修形参数值可以明显改善啮合效果。同时,通过齿轮台架试验,对比修形前后的齿轮振动数据,发现经过修形的齿轮振动特性明显优于未修形齿轮。结合仿真与试验结果分析可得,螺旋线鼓形修形对于齿面偏载有较好的改善效果;齿廓修形能明显改善轮齿间的载荷分配;综合齿廓与螺旋线修形可以快速得到最佳修形方式及修形量,缩短研发周期。研究为实际工程提供了重要理论参考。     

基于加工原理的圆柱齿轮精确建模及啮合分析

针对圆柱齿轮轻量化设计问题,提出一种基于滚切加工原理的圆柱齿轮精确建模及啮合仿真分析方法。根据空间啮合原理,采用通用滚刀切削面参数方程推导了圆柱齿轮的通用齿面方程;选取应用最广的阿基米德滚刀,利用标准刀具参数推导出该滚刀相应切削面的参数方程;基于B样条曲面插值原理实现了圆柱齿轮齿面的精确建模,并利用ANSYS软件的仿真分析功能与参数化二次开发技术,实现了圆柱齿轮的参数化精确建模与瞬态啮合分析。仿真实例与对比分析表明,该方法能实现圆柱齿轮的精确建模,并准确模拟和获取齿轮副在任意啮合位置的应力水平与啮合特性,为后续的齿轮副疲劳寿命分析与结构优化提供了可靠保证。     

基于CATIA的平地机工作装置设计与仿真分析

简要介绍了平地机工作装置基本结构,应用CATIA完成工作装置方案参数化建模.分析工作装置各部件运动关系并抽取工作装置运动副机构模型,基于CATIA的DMU模块建立工作装置仿真模块.通过仿真分析获取其空间运动包络体、轨迹以及铲刀各种工作状态时铲刀升降油缸、铲刀侧摆油缸支点变化轨迹,为工作装置空间结构设计验证优化和相关油缸参数设计提供参考和依据.     

伺服机构谐振特性的虚拟试验方法

以齿轮传动伺服机构为对象,建立其3自由度振动微分方程,通过Laplace变换得到伺服机构的谐振方程,采用数值计算的方法从机理上分析稳定平台伺服机构的振动特性,提出一种基于虚拟试验的伺服机构谐振频率分析方法,基于Matlab建立机构的数字仿真模型,通过虚拟扫频的方法激励伺服机构的谐振特性,通过时频特性曲线分析伺服机构结构参数对伺服机构振动形态和谐振频率的影响.数值计算和虚拟试验结果表明伺服机构电机转子惯量和啮合齿轮刚度是影响伺服机构谐振频率的关键装调环节和敏感参数.     

四旋翼飞行器轨迹跟踪控制器的设计与验证

为了解决四旋翼飞行器在外界扰动影响和系统模型参数存在不确定性情况下的精确轨迹跟踪控制问题,设计并验证了一种四旋翼飞行器的非线性轨迹跟踪控制器。首先建立了考虑执行机构特性的四旋翼飞行器数学模型,并将虚拟控制量映射到了实际中对电机的控制;然后通过在反步法轨迹跟踪控制中加入积分项,设计了一种基于积分型反步法的非线性轨迹跟踪控制器,消除模型参数不确定性及外界干扰引起的误差,仿真结果验证了该方法的可行性;最后,利用QBall2四旋翼飞行实验平台,对所设计的非线性轨迹跟踪控制器进行验证,实际飞行实验结果表明了所设计控制器的有效性,提高了实际飞行过程中外界干扰和不确定性下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制的精度。     

考虑横摆稳定性的无人车轨迹跟踪控制优化研究

横摆稳定性和轨迹跟踪性能对无人车至关重要。为此,提出一种基于模型预测控制的轨迹跟踪控制器,将考虑瞬时极限性能的稳定性判据添加到控制器约束中,并且利用性能驱动的方式对控制器的参数进行优化。首先根据车辆3自由度动力学模型建立横摆角速度-质心侧偏角相平面,分析前轮转角对相平面平衡点的影响,通过建立相平面的等倾几何曲线,分析车辆的稳定性特征,设计出基于包络线的横摆稳定性判据。然后将模型预测控制器的代价函数参数化,根据性能目标设计特定场景的全局代价作为评价函数,利用贝叶斯优化进行预测时域和代价函数权重两类参数的优化,实现目标任务全局性能最优。仿真和实车试验表明,所提算法在保证车辆稳定的前提下,发挥了车辆的动力学极限,采用的贝叶斯优化方法对轨迹跟踪模型预测控制器的参数进行了优化,实现了轨迹跟踪性能的提高。     

纵向打滑状态下轮式移动机器人轨迹跟踪控制

针对轮式移动机器人纵向打滑状态下滑动参数未知的轨迹跟踪控制问题,提出了一种轨迹跟踪控制方法。建立了纵向打滑状态下移动机器人的运动学模型,用滑动 参数表示左右轮的打滑程度;设计合适的滑模观测器对未知的滑动参数进行估计,并通过低通滤波器减少抖振对估计结果产生的影响;基于Lyapunov直接法设计轨迹跟踪控制律,并提出了一种根据控制系统的极点分布确定控制参数的方法。仿真结果验证了所提方法的准确性和有效性。     

基于“Pure Pursuit”自动驾驶汽车的路径跟踪控制

为了提高自动驾驶汽车路径跟踪控制中的可行性和稳定性,提出一种基于"Pure Pursuit"自动驾驶汽车的路径跟踪控制方法。借助某集团新能源汽车自动驾驶平台采集园区一条参考轨迹纬度值,并再将其转化为大地坐标值;建立自动驾驶汽车运动学模型,根据车速可利用Pure Pursuit算法确定前轮转角,基于前轮转角,通过Carsim与Simulink软件搭建路径跟踪控制联合仿真模型,分别对参考轨迹跟踪控制及跟踪误差进行了仿真分析;最后对所提出的控制方法进行了实车试验验证。研究结果表明:车速低于20 km/h,仿真轨迹和实车轨迹误差均小于0.4 m,最后试验结果与仿真结果基本一致;基于Pure Pursuit算法有效地实现了低速工况下自动驾驶汽车的路径跟踪。     

桥梁综合检测作业车臂架柔性多体动力学的建模与仿真

基于柔性多体动力学理论和拉格朗日方程建立了三节臂的桥梁检测车臂架的机械系统动力学模型.通过数值求解并结合动力学仿真分析软件,证明了采用柔性多体动力学方法建立的桥梁检测车臂架的运动微分方程,可以准确地描述桥梁检测车的各项动力学特性,通过桥梁检测车臂架末端轨迹和驱动特性分析,还表明对轻质长臂杆的桥梁检测车臂架系统考虑柔性变形的影响是非常必要的.在此基础上,对桥梁检测车臂架采用双闭环(PD)控制,为桥梁检测车工作装置轨迹控制及实现探测装置平稳和高精度的轨迹跟踪提供参考.     

汽车同步带传动噪声仿真分析与试验研究

针对ZA型汽车同步带建立了汽车同步带传动系统的有限元分析模型,采用有限元方法分析了汽车同步带的固频特性和在啮合冲击激励作用下的动态响应。并以动态响应结果作为边界条件,基于直接边界元法建立了汽车同步带传动系统的声学边界元分析模型,分析了啮合激励频率对同步带表面声压及场点辐射噪声的影响规律。并采用两轮无负载试验方式对同步带传动系统进行了噪声测试,比较辐射噪声的测试结果与数值仿真结果,验证了仿真计算方法的准确性与可行性。     

基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究

根据液压挖掘机工作装置机械臂运动和受力特点,对其进行动力学分析。采用基于集中质量和惯量的等效有限元法建立液压挖掘机机械臂的动力学微分方程,运用龙格-库塔(Runge-Kutta)数值求解法对运动微分方程进行推导和数值求解,对各臂杆的动力学特性进行了分析。采用动力学仿真软件ADAMS建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,选取与数值求解相同工况的参数进行仿真分析。通过对比仿真结果和数值求解两种方法得到的动力学特性曲线,结果基本一致,表明机械臂动力学建模方法的正确性。     

双压力角非对称齿廓渐开线齿轮的振动分析

基于非对称渐开线圆柱齿轮传动时的啮合机理和齿轮系统动力学。同时考虑到齿轮系统时变啮合刚度和静态传递误差的影响，建立了齿轮动力学模型，利用数值积分和数值仿真方法对其进行了非线性振动研究。比较了标准齿轮与非对称齿轮的振动特性，分析了齿轮系统各参数对系统动态特性的影响。仿真结果对考虑动载荷情况下的油膜厚度计算提供了基础数据，为进一步研究非对称渐开线的各种特性提供了理论依据。     

基于ADAMS的新型齿形链啮合仿真分析

利用多体动力学仿真软件ADAMS建立了内外复合啮合新型齿形链与链轮啮合传动系统的三维参数化实体模型，在分析新型齿形链与链轮的啮合机制的基础上，合理地定义了新型齿形链的结构参数，并进行了新型齿形链与链轮的啮合仿真试验研究，结果表明：这种啮合仿真试验研究是合理的。     

非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对轮式移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题,对移动机器人数学模型和道路模型的建立、轨迹信息的获取以及控制器的设计进行了研究。首先分析了移动机器人的运动学方程及对摄像机的标定,通过建立移动机器人的直线轨迹跟踪模型,并用二值化方法对非连续路段进行了图像处理,提取了图像中非连续路段信息,实现了移动机器人在轨迹跟踪过程中运动的可靠性;然后基于Lyapunov函数设计了渐进稳定的轨迹跟踪控制器,使移动机器人能够在连续路段和非连续路段跟踪确定路径;最后通过Matlab进行了仿真。仿真结果表明,所设计的控制器和算法能使移动机器人的跟踪误差快速收敛于零,轨迹跟踪效果良好,适用于移动机器人对非连续路段的轨迹跟踪控制。     

基于参数自适应神经动力力学的轮式机器人轨迹跟踪控制

轮式机器人具有复杂多变的非线性、强耦合以及时变的动力学特点,采用传统的机器人轨迹跟踪控制容易产生较大的速度突变,导致机器人在控制过程中产生抖振现象,为此提出了一种基于参数自适应神经动力力学的轮式机器人轨迹跟踪控制方法。通过运动学分析并建立轮式机器人的位姿误差模型,采用神经动力学设计机器人轨迹跟踪控制器;分析比较不同参数取值与控制量之间的关系,设计了一种参数自适应方法进一步提高轨迹跟踪控制器的性能;最后,通过对所设计的控制方法进行了仿真实验。实验结果表明,所设计的控制方法能够保证机器人拥有较小的速度突变,在出现误差情况下能够以较快速度收敛,在轨迹跟踪上拥有较高的精度。     

两轮差动球形移动机器人轨迹跟踪控制（英文）

针对现有球形机器人运动难以控制以及球壳限制传感器应用的问题,提出了一种双轮差动式球形移动机器人,其结构简单、运动灵活且易于控制。首先,根据球形移动机器人结构,建立了运动学与动力学模型。然后,基于自适应神经滑膜控制方法,设计了该系统的轨迹跟踪控制器。最后,通过对球形机器人进行S轨迹和圆周轨迹的跟踪控制仿真,得出了球形移动机器人具备灵活地运动特性且易于控制的结论。仿真结果验证了自适应神经滑模控制能够有效地对球形机器人进行轨迹跟踪,自适应控制消除了系统未知参数与扰动的影响,同时也避免了左右轮力矩输出的抖振问题。     

可控5R平面并联机构构型重构设计与实验研究

以可控平面5R并联机构为研究对象,结合其工程应用背景,建立了运动学模型,提出了构型变换与运动特性分析一体化全信息参数建模方法。基于自下而上的构型设计方法,建立杆副、运动支链、主构型模型及配置模型。通过变驱动布局、变参数配置方式变换出新构型,达到构型快速重构设计、简化运动学求解的目的。对驱动布局构型变换前后的输出运动轨迹跟踪对比分析,表明扩大了工作空间。设计实验装置,验证了轨迹跟踪法求解工作空间的有效性。