刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

基于ADAMS和ANSYS的机械臂刚柔耦合运动学分析

针对机械臂的设计要求,设计了一种由两个铰链四杆机构组成的双自由度机械臂,利用ADAMS建立机械臂的刚性体模型,仿真得到不同时刻的运动参数曲线;利用ANSYS建立指定部件的柔性体模型,得到不同阶数的模态频率和模态振型值;利用ADAMS和ANSYS进行联合仿真后,得到机械臂的刚柔耦合模型,仿真结果表明:柔性体模型在z方向发生了微小位移变化,x、y方向位移波动范围增加了10 mm。利用Altium Designer软件绘制控制电路图并进行了实物制作,实验结果表明该机械臂具有广泛的适用性。     

考虑柔性关节的刚柔耦合机械臂的优化设计

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据"线性扭簧模型"和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。     

下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人的组成连杆在辅助人类运动的时候会因为自身柔性发生弹性变形,会影响到整个行走轨迹的位置精度和控制的实时性与准确性。针对所设计的下肢外骨骼康复机器人,首先通过步态仿真验证模型的正确性,然后建立其刚柔耦合动力学模型。在刚柔耦合动力学模型的基础上,通过ADAMS和ANSYS完成摆动期阶段内的刚柔耦合动力学联合仿真,得到其动态变形误差数据。结果表明：在Y方向、Z方向位移误差和整体位移误差分别在-38～3.6 mm、-7.5～3 mm、-6～14.5 mm内波动,与其他两方面相比,Y方向上的位移误差最大,在误差允许的范围内。验证了下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合模型的正确性与合理性,为后续的结构优化和控制系统的设计提供了参考依据。     

大型立加机床进给系统刚柔耦合分析

进给系统作为立式加工中心的重要部件之一,其振动特性对产品的加工质量具有重要影响。以某大型立式加工中心为研究对象,建立了滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合模型,分析进给系统的丝杠动态特性,研究了丝杠在不同转速范围内的振幅变化规律,分析了滚珠丝杠的静态和动态力学响应。模拟仿真的结论验证该大型立加机床进给系统能达到设计要求,并为大型立加机床进给系统的设计优化提供了理论依据。     

基于刚柔耦合的数控机床动态特性分析

在所开发的五坐标龙门数控机床虚拟样机的基础上,对其关键部位--横梁进行柔性化,建立了整机的刚柔耦合多体动力学模型,分析讨论横梁的柔性效应对机床运行稳定性的影响.结果表明:基于刚柔耦合模型的仿真分析更为准确地反映了机床的动力学特征,为最终实现机床结构优化设计提供可靠的理论依据.     

柔性输电线-带电作业机器人刚柔耦合特性分析

输电线路带电作业机器人通过双轮行驶于高压电缆,刚性的机器人系统和柔性的输电线路之间构成了复杂的刚柔耦合系统,特别是在刚性系统和柔性系统的轮线接触处表现出较强的非线性复杂耦合特性。为保障机器人作业过程的稳定性,获取较好的作业动态性能,分别建立了柔性导线、刚性机器人以及柔性导线-刚性机器人的耦合动力学模型。基于该模型,在ADAMS中分几种不同典型工况对带电作业机器人线上作业行为的动力学特性进行了仿真研究。通过仿真特性曲线一方面验证了刚柔耦合动力学模型的有效性,另一方面通过仿真模型得到了合适的机器人动力学参数,从而实现机器人作业优化与控制。最后在带电线路进行现场引流板紧固作业试验,结果也验证了所提出的刚柔耦合动力学模型的工程实用性。     

卫星载荷连接刚柔耦合结构的动力学特性研究

为了满足空间载荷在发射段良好的刚度特性和在轨工作时的温度适应性要求,提出一种卫星载荷连接的刚柔耦合结构,基于柔性弹片实现卫星与载荷的柔性连接,基于柔性斜块的挤压锁紧形式实现了卫星与载荷的刚性连接,建立该刚柔耦合结构的接触有限元模型,采用显示动力学分析步求解在预紧力加载工况下的动力学特性。分析表明:锁紧状态下,3个方向的一阶模态分别为:X向110. 2 Hz,Y向109 Hz,Z向95. 8 Hz,满足大于80 Hz的发射段刚度要求,锁紧斜块的削弱槽根部存在较大的应力集中,但小于材料的屈服极限;柔性连接状态下,3个方向的一阶模态分别为:X向21Hz,Y向21 Hz,Z向28. 3 Hz,有效避开了卫星的共振频率区间;力学试验表明,该刚柔耦合结构的一阶模态与分析结果吻合性好,振动前后的一阶模态的漂移小于4%,能够满足发射段和在轨工作连接结构的要求。     

不锈钢耦合变形摩擦有限元分析

针对奥氏体不锈钢成形过程中的摩擦磨损问题,设计了一种耦合变形摩擦的试验方法,在实验中分析了耦合摩擦试验中钢带滑动速度对钢板与压头间的摩擦系数的影响。通过对磨损表面进行观察,以及LSDYNA仿真对应力的分析发现：滑动速度的增加引起了剪切应力的增加,钢带试样的马氏体组织转变量随着其滑动速度的增加而增加,并引起摩擦表层马氏体组织磨粒磨损,表面磨损现象加重,且摩擦系数波动减小。     

基于刚柔耦合的混凝土泵车臂架浇筑特性分析

混凝土泵车臂架属于大型柔性机械臂。由于受到激振力和混凝土载荷的影响,泵车臂架在工作中产生振动,影响浇筑质量和臂架强度。针对泵车水平定点浇筑的工况,计算了泵车臂架所受载荷,基于ANSYS和ADAMS软件建立了混凝土泵车臂架的刚柔耦合模型,对臂架水平状态下高压和低压工况进行了仿真,并计算了臂架强度,验证了该臂架满足设计要求。仿真结果表明: 该方法适用于大型柔性机械臂的仿真,可以为该类结构的设计与校核提供理论指导。     

基于刚柔耦合的提升机钢丝绳横向振动因素分析

落地式摩擦提升机在运行过程中极易产生振动现象,影响提升设备的安全。为此,以多体动力学仿真软件为载体,考虑钢丝绳的柔性特性,建立刚柔耦合的摩擦式提升机仿真模型,研究加速度与制动曲线对提升钢丝绳横向振动的影响。实验与仿真结果表明：制动阶段时不同加速度运行工况下,摩擦提升系统极易产生横向振动,矩形加速度曲线产生的横向振动更小,上行工况比下行工况钢丝绳振动剧烈。     

一种机器人末端执行器的姿态控制算法

利用工业机器人实现飞机零部件自动制孔时,由于产品大多曲率大,且形状不规则,末端执行器很难用一种姿态完成加工。提出一种末端执行器加工姿态的初步控制算法,优化机器人制孔姿态,防止加工过程中出现碰撞干涉等情况,并基于DELMIA软件搭建了机器人制孔仿真平台,验证了该算法的可行性。     

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。     

车床C630床脚改型研究

借助于有限元分析软件MSC.Patran,对车床C630床脚的刚度及模态进行分析,初步判明车床C630床脚焊接件结构的合理性,并针对不完善部位提出改进意见。     

基于刚柔耦合建模的挖掘机动态性能仿真研究

针对挖掘机工作装置刚柔耦合变形对液压控制系统动态特性的影响,结合虚拟样机建模和联合仿真技术进行动态特性研究。利用UG软件建立某型号挖掘机三维模型,通过有限元软件柔性化处理后导入ADAMS动力学分析软件中,构建挖掘机工作装置刚柔耦合虚拟样机。利用AMESim软件和负载敏感原理,建立挖掘机工作装置闭环液压控制系统。通过软件联合构造挖掘机机电液一体化的刚柔耦合仿真模型。针对挖掘机典型挖掘工况和重载举升工况下的运动轨迹进行仿真研究,结果表明：基于刚柔耦合建模的挖掘机液压控制系统动态稳定性较强,重载工况最大位置误差小于0.01 m,位置精度较高,实现了挖掘机刚柔耦合一体化建模仿真。     

大尺寸U形件渐进折弯成形的送料装置设计与仿真

利用ANSYS和ADAMS的静态、动态分析功能,辅助设计大尺寸U形件渐进折弯送料装置的结构及送料动作。采用刚、柔耦合仿真基本原理,对送料过程进行运动学与动力学仿真,通过分析和优化送料动作,设计整体送料方案;根据分析数据和动作方案,设计机械结构,为进一步开发大尺寸U形件渐进折弯成形工艺的送料装备提供一种技术基础。     

手机键盘柔性装配机器人的研制

本文介绍了一种用于手机键盘柔性装配的机器人，由键盘产品设计图可以自动地生成机器人装配动作序列，特殊设计的末端执行器极大地提高了装配精度和效率。应用结果证明了机器人的令人满意的工作能力。     

柔性机械臂关节刚度的一种间接测量方法

给出一种分析柔性机械臂关节刚度的间接测量方法。该方法在机械臂末端执行件上的不同位置加载,测量载荷与载荷方向上的位移数据,然后使用有限元方法计算不含关节时结构对应点的载荷、位移关系,从测量结果中排除不含关节时的位移。利用这些仅包含关节信息的载荷和位移数据通过求解一个线性方程组,可以得到各个关节的刚度数据。最后通过一个实际的例子,说明了该方法的有效性。