平面联接固定结合部动力学模型的一种建模方法

机械结构结合部精确建模是对含结合部的机械结构进行动态分析和优化设计的关键问题之一。文章主要研究块体结构和平板由螺栓联接后构成的固定结合部的动力学建模问题。将结合部区域的刚度特性用结合部的材料机械特性参数等效表达,提出了虚拟接触材料的结合部刚度表达模型。通过模态实验和模型修正识别出不同结合面工况下虚拟接触材料的弹性模量,建立了含结合部动力特性的有限元模型。该模型可方便用于含结合部结构的有限元计算,经试验验证满足实际工程应用要求。     

大范围运动柔性机械臂斜碰撞动力学分析

对作大范围运动柔性机械臂系统,进行斜碰撞动力学分析.基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,计入耦合变形项,全面考虑大范围刚体运动与弹性小变形运动的耦合,建立系统连续动力学方程.引入斜碰撞力学模型,将法向和切向碰撞力以广义力的形式加入动力学方程中,对系统进行斜碰撞动力学建模分析.法向碰撞模型选取基于连续接触力法的非线性弹簧阻尼模型,切向碰撞模型选取一种修正Coulomb摩擦模型,对切向摩擦力进行统一描述.给出接触、分离判据,实现不同状态的动力学模型转换与求解.对斜碰撞全局动力学进行了仿真验证,分析了柔性机械臂全局过程的动力学特性变化以及碰撞对大范围运动和小变形运动的作用,并对比了不同碰撞方向对大范围运动、变形、机械能、碰撞力等动力学参数的影响.     

基于特征建模的连续体机械臂自适应鲁棒控制技术研究

针对连续体机械臂动力学建模困难,控制难度大的问题,使用特征建模的方法,用简化等价的特征模型设计了自适应鲁棒控制器。首先,通过对机械臂系统进行分析,使用特征建模得到等价的动力学模型,然后采用递推最小二乘法进行参数辨识,得到该特征模型的特征参数,最后,利用模型与辨识得到的参数设计了一种结合滑模控制的自适应控制器。通过仿真实验对本文方法与传统PID方法进行对比,仿真结果表明,本文的方法对于末端角度控制的跟踪精度高,同时对于末端扰动有着良好的自适应能力和鲁棒性。     

基于细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器设计

进行机械臂角度控制器设计过程中,为提高机器人机械臂灵活性,降低关节角度控制误差,设计一种细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器。首先,构建机械臂动力学模型以获取机械臂的柔性特征及其关节位置,根据获取的信息确定角度控制器的硬件逻辑结构和算法。然后,使用ARM微处理器嵌入式操作系统,设计包含移动控制终端和机械臂控制端的控制器硬件结构。最后,采用细菌觅食算法优化控制器参数,并实现代码完成机器人机械臂角度的精准跟踪控制。仿真分析结果表明:所提方法具有较高的位姿跟踪精度、角度控制误差小、稳定性强,能够保证机械臂关节角度无超调,具有极高的机器工程应用价值。     

基于最小二乘法的桥式起重机机械臂关节控制系统设计

机械臂关节控制过程存在姿态误差,提出基于最小二乘法的桥式起重机机械臂关节控制系统设计;设计机械臂总体架构,达到级联组成末端位姿目的,使用全驱动灵巧手,包含1手掌和3手指,采用多个连杆串并联混合的形式传递运动和力矩,借助AT89C51单片机设计电路结构;采用最小二乘法构建机械臂的响应面模型,通过H-D参数法计算机械臂末端运动关节间位姿误差,建立误差模型,利用DETMAX算法分析运动参数,实现最小姿态选取,将机械臂运行速度数据记录在控制系统平台中,根据机械臂运行速度信息获取其均匀性控制状况,实现控制;激光测振仪的输出单位为1 mm/V,柔性机械臂的振动周期200ms,训练样本集大小为300,测试集样本大小为100,实验结果可表明,该方法机械臂关节运动拟合度与实际情况基本一致,位置跟随误差见效时间需要0.05～0.2 s,之后位置跟随误差便能够保持在较小的范围之内.     

基于李雅普诺夫指数的四旋翼无人飞行器结构参数优化稳定性分析

为了提高四旋翼无人飞行器的运动稳定性,通过改变机械结构参数,研究了变结构参数对系统稳定性的影响.本文以四旋翼无人飞行器的偏航阶段为对象,根据基于动力学模型的李雅普诺夫指数计算过程,得到了影响系统稳定性的主要机械结构参数,并采用李雅普诺夫指数法建立其主要机械结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系,以期指导系统的机械结构设计及控制系统优化,提高系统的可靠性和稳定性,最后,通过实验验证理论仿真分析过程中的结论.该方法与李雅普诺夫的第二法相比,其主要优势是计算指数方法的可构建性,并可以使复杂非线性系统的稳定性分析成为可能.     

激光追踪测量系统机械结构动力学建模方法

针对激光追踪测量系统提出了激光追踪测量系统机械结构的动力学建模方法,综合考虑了机械结构的结构参数和动态耦合力,实现了对激光追踪测量系统机械结构强度设计、结构改进和电机选型的精确参考.给出了激光追踪测量系统机械结构的理想情况和非理想情况的动力学模型,通过虚拟样机技术对机械模型进行了分析,结果表明激光追踪测量系统中机械结构的动态耦合项可以忽略,激光追踪测量系统的运动轴系可单独建立动力学模型,依据建立的模型选择用于激光跟踪控制的电机,并验证了建立的动力学模型的正确性.     

基于任务空间的无标定视觉机械臂自适应跟踪控制

针对动力学参数不确定的无标定视觉机械臂系统,研究基于任务空间的自适应控制问题。对于控制器的设计,首先研究机械臂动力学参数不确定情况下基于任务空间的控制问题,然后设计自适应摄像机标定控制器,最后根据任务空间信息和图像空间信息的一致收敛关系统一两部分控制器,设计整个闭环系统控制信号和自适应控制律。实验结果表明了所提出的控制方法的有效性。     

基于有限元方法的主动磁悬浮轴承电磁性能仿真分析

磁悬浮轴承利用电磁力实现定子与转子间的无接触悬浮，集机械、电子、自动控制和电气于一身，是复杂的机电一体化产品，包括了复杂的机械结构和电气控制系统。在根据磁路解析法对主动磁悬浮轴承进行各部分参数的设计时，其磁饱和、磁滞效应以及漏磁等非线性因素均无法考虑，但在实际工程应用中磁轴承的实际性能与这些非线性因素息息相关。结合有限元方法对已设计的磁轴承结构进行电磁性能的仿真分析，研究主动磁悬浮轴承内部的电磁性能并进行结构上的设计校核，为磁悬浮轴承的正确设计提供了理论基础。     

自传感介电弹性体执行器的动力学设计及应用

本文提出了一种传感与作动一体化的介电弹性体(DE)软执行器,可用于薄膜结构形面变形的同步测量和控制.首先,建立DE软执行器电致驱动过程的动力学模型,描述其力电耦合行为.其次,通过开展动态作动实验,辨识该动力学模型的参数.第三,分析不同参数对作动器动态响应的影响,以理解其基本动力学特性.第四,建立DE软执行器自传感过程的简化电路模型,并对其电学参数与位移之间的关系进行实验标定.最后,开展平面薄膜结构的形面位移自适应调整实验,并设计相应的控制策略.实验结果表明,该DE软执行器在作动和传感方面均具有较高精度.因此,其在构建高精度空间薄膜天线方面具有较好的应用前景.     

A new approach to robust position/force control of flexible-joint robot manipulators

In this paper a new approach employing smooth robust compensators is proposed for the control of uncertain elastic-joint robot manipulators during contact tasks. It is assumed that the flexible-joint manipulators consist of two subsystems: the rigid subsystem and the flexible subsystem. The output of the flexible subsystem is assumed to be the input of the rigid subsystem. The control design is carried out in two steps. First, a desired input is designed for the rigid subsystem, which can robustly stabilize it. Second, a robust controller is designed to stabilize the flexible subsystem so that it generates the necessary torque designed for the rigid subsystem. By using this approach, the robot manipulator can exert a preset amount of force on the environment while tracking a desired trajectory with global asymptotic stability. Lyapunov's direct method is used here to prove the global asymptotic stability of the closed-loop system. The assumption of weak joint elasticity is relaxed and exact knowledge of joint stiffness is not required for the control design. Also, exact knowledge of robot kinematic and dynamic parameters and actuator parameters are not required. Unlike other approaches, this approach takes the environmental stick-slip friction as well as its dependency on normal contact force into consideration. It compensates for the adverse effects of the stick-slip friction. The proposed controller produces a smooth control action, and ensures smooth motion on the contact surface. The efficacy of the proposed controller is illustrated with the help of a numerical example of a two-link flexible-joint robot. © 1996 John Wiley & Sons, Inc.     

Optimization of transmission angle for slider-crank mechanism with joint clearances

In this study, kinematic analysis of a planar slider-crank mechanism having revolute joints with clearances was presented. Joint clearance was modelled as a massless virtual link, and Multi-Layered Neural Network (MLNN) structure was used for approximating the motion of this link with respect to the position of input link. Training and testing data sets for the neural network were obtained from mechanism simulation using the ADAMS software. A genetic algorithm was also used to optimize the design parameters for minimizing the deviations due to clearances. When two joint clearances at crank-pin and piston-pin centers were considered, the effects of these clearances on the kinematic characteristics and transmission quality of the mechanism were investigated using continuous contact model between the journal and bearing at a joint.     

Static and modal analyzing for the working table components of a machining center in ANSYS

In this paper,modal analysis theory,equivalent dynamic model of the joint surface of assembly and identification methods of joint surface parameters are the main theories.Static and modal analysis of the working table components of the FM6324 machining center is done.The three-dimensional model of the working table components is established using Pro E at first,then static characteristics is obtained through ANSYS contact analysis;finally,the dynamic model is established in ANSYS,and its dynamic characteristics is obtained through ANSYS modal analysis.     

Dynamic hybrid position/force control of a two degree-of-freedom flexible manipulator

In this article, a method is proposed whereby both contact force exerted by a flexible manipulator and position of end-effector while in contact with a surface are controlled. We approximate elastic deformations by means of B-spline functions and derive dynamic equations of joint angles, vibration of the flexible link, and constraint force. A controller for the hybrid position/force control of the flexible manipulator is designed on the basis of the singular perturbation method. Simulation results confirm that the controller performs remarkably well. © 3994 John Wiley & Sons, Inc.     

基于分布参数模型的柔性臂变结构力控制

提出一种基于受约束柔性臂分布参数模型的麦结构力控稍方法,避免了集中参数模型的缺陷,解决了系统存在模型不确定性和外部干扰影响下的力控制问题.通过Lyapunov函数设计了系统的变结构控制器,其中滑模面设计为系统转动角、转动角速度和柔性臂根部应变的线性组合.利用线性算子半群理论和LaSalle不变集原理,证明了闭环系统的渐近稳定性.仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于PLC的飞机电气附件综合检测仪的研制

设计了基于PLC的飞机电气附件综合检测仪,飞机电气附件的基本测量元件是继电器、开关、按钮、自动保护开关.根据继电器的工作原理,设计了吸合/断开电压、吸合时间和接触电阻的检测方案,介绍了系统的硬件结构设计和软件流程.系统以PLC为核心,用触摸屏控制和显示检测过程,并具有存储和打印功能.该检测仪稳定可靠,精度高,具有很好的...     

多参数传感器阵列技术研究

针对飞行器风洞试验过程中测试数据复杂且无法进行试际飞行试验的现状,尤其是薄翼模型,其有自身薄、且表面测试点密集、测试参数多等特点,使得测试更加困难,结合大量的实际工程实践,对传感器的结构与性能、智能传感器系统的理论进行了研究,设计了一种新型的带式传感器,并对其进行加工、校准,最后将其应用在实际的气动参数测试系统中.     

聚乙烯管焊接接头相控阵超声检测的优化设计

在管道工程应用中,由于良好的耐腐蚀性和韧性,聚乙烯(PE)管与其他材料相比具有显着优势,已广泛地应用在核电、油气输送领域;PE管焊接过程中,焊接参数、人员操作和环境等因素会影响聚乙烯管道的焊接情况,可能致使焊接接头内部形成缺陷,影响管道安全运行,而相控阵超声检测技术能够实现聚乙烯管道焊接接头内部结构的无损检测及评估;因此开展PE管焊接接头的相控阵超声实际检测工作,研究了聚乙烯材料的声衰减规律及声频散效应,优化了焊接接头的超声相控阵检测工艺,基于CIVA仿真软件实现了聚乙烯管道相控阵超声检测的声场模拟和缺陷仿真,通过研究检测参数及声学参量变化对检测结果的影响,获得了PE管焊接接头的最优检测工艺;通过加工带有典型缺陷的聚乙烯热熔对接接头试样,对前期基于仿真结果设计的检测工艺以及针对焊接接头相控阵检测研发的楔形耦合组件进行可靠性测试和工艺试验;研究结果为PE管接头缺陷的超声相控阵检测提供了工艺设计的理论支持和可靠的研究方法。     

Initial experiments on a leg mechanism with a flexible geared joint and footpad

In the present work, a leg mechanism together with a flexible joint system is designed and constructed. The leg mechanism is expected to walk on uneven terrain and be subject to certain impact or contact forces. The effect of the designed flexible gear system and footpad on shock absorption is a main concern. The joint torque of the motor gear and the contact force of the foot are analyzed with different control schemes. The control performance of the leg movement by these methods is also presented. The proposed control methodology could next be applied to a newly designed two-link leg mechanism. It is hoped that the present study can be extended to an exoskeleton leg mechanism that is being developed.     

基于热线技术的脊状表面湍流边界层流动参数测试方法研究

针对脊状表面的结构特点及其湍流边界层的流动特性,深入研究了基于热线技术的脊状表面湍流边界层流动参数的测试方法,对所使用的风洞及测试设备做了相应改进,并探讨了提高实验测试精度的可行性措施.实验中使用了恒温式IFA300智能型热线风速仪对3种不同尺寸的对称V型脊状表面湍流边界层流动参数进行了测试.为了获取脊状表面的虚拟原点和摩擦速度,尝试运用Musker全壁面律公式的回归拟合方法对实验数据进行处理.实验测试结果表明:本实验中基于热线技术的脊状表面湍流边界层流动参数的测试方法是科学合理的.