基于双超越离合器和SimMechanics的合作机器人建模及仿真

为了分析合作机器人(Cobot)的动力学性能,根据Cobot的特点和单向超越离合器的特性,建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构的模型和Cobot关节机构的驱动控制模型,并仿真验证了该关节机构的被动约束特性.设计了基于SimMechanics的Cobot轨迹控制的仿真程序,并对Cobot机构的动力学特性进行了仿真研究.仿真结果表明,该Cobot能够跟踪期望轨迹,具有被动的约束特性,满足Cobot与人合作的要求.这种Cobot模型可以应用在外科手术、物料搬运和零件的装配等需要人机合作的场合.     

合作机器人的关键技术及实验研究

为了使合作机器人(Cobot)在同一作业空间内与人直接进行物理合作,对Cobot的不完全约束关节机构和虚拟轨迹控制2项关键技术进行了建模及实验研究.建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构的模型及约束控制模型,并以五杆式Cobot为实验样机对关节机构的被动约束特性进行了实验验证.提出了基于操作力的轨迹规划方法,建立了轨迹规划模型,并对Cobot跟踪给定直线和圆弧轨迹进行了实验研究.研究结果表明,不完全约束关节机构具有被动特性,可以约束Cobot关节的运动状态;轨迹规划方法可以实现Cobot的轨迹控制.文中的研究成果经过进一步完善,可以应用到合作机器人系统,对完善人机合作技术、扩大机器人产业和提高机器人的作业水平等具有重要的实际意义.     

五连杆式人机合作机器人运动学及动力学研究

人机合作机器人(Cobot)是被动的能直接与人合作的机器人.根据差动轮系的不完全约束特性,提出了基于差动轮系的五连杆式人机合作机器人模型.根据差动机构与关节、差动机构与差动机构之间的耦合关系,建立了串联式Cobot的运动学模型和动力学模型.对串联式五连杆Cobot模型样机进行了实验研究.实验结果表明,该五连杆式Cobot能够跟踪理想直线,具有不完全约束特性,如果进一步完善,它可以被应用在大型零件的装配生产线、外科手术以及一些需要人机合作的场合.     

基于MATLAB的合作机器人(Cobot)动力学仿真

合作机器人(Cobot)是能直接与人合作的机器人.为了分析Cobot的动力学性能,应用牛顿-欧拉法,基于MATLAB对四自由度Cobot进行了动力学仿真.推导了Cobot的运动约束方程和动力学方程,构成了Cobot的约束矩阵方程.通过MATLAB函数来求解约束矩阵方程,建立了Cobot的动力学仿真模型,并对Cobot跟踪给定直线进行了仿真分析.仿真结果表明,该仿真模型具有Cobot机器人的特点,可以方便地获得Cobot的动力学参数,为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

一种双楔块低副单向超越离合器

提出了一种新型超越离合器———双楔块式低副单向超越离合器.对该超越离合器的结构及工作原理进行了分析说明;对其主要性能如:自锁条件、强度条件、溜滑角、效率等给出相应的理论计算公式,为该超越离合器的设计提供了理论依据.并通过试验证明了理论设计计算公式是正确性,同时也证明了该超越离合器所传递的转矩得到了很大提高,并且具有磨损小、寿命长和抗冲击能力强等优点.     

弧块-滚柱式低副超越离合器的研究

针对传统超越离合器的运动副效率低、功率小、寿命短的问题,提出了弧块-滚柱式低副超越离合器.对其主要结构、工作原理、自锁条件、传动能力、接合效率和启闭特性进行了研究.实例计算表明,弧块-滚柱式超越离合器与同等尺寸的传统滚柱式超越离合器相比,具有较大的传动能力和较高的接合效率.同时,试验证明了该离合器具有自锁可靠,启闭灵敏,传动能力大和抗冲击能力强等优点,为解决超越离合器的性能问题提供了新的途径.     

基于混合遗传算法的机器人改进摩擦模型辨识

为了解决机器人运动过程中库伦+黏性摩擦模型不能真实反映关节摩擦的非线性特性的问题,采用改进Stribeck摩擦模型对机器人关节摩擦进行建模,提出基于混合遗传算法与余弦轨迹的模型参数辨识方法. 采用不同的余弦轨迹对机器人关节进行激励,利用已知的机器人动力学方程确定关节摩擦力矩,从而建立机器人关节速度与关节摩擦力矩之间的映射关系,并利用模拟退火混合遗传算法对摩擦参数进行辨识. 为了验证所提方法的有效性,以多关节串联型机器人为研究对象,进行摩擦参数辨识实验. 实验结果表明,与传统的库伦+黏性摩擦模型相比,改进的Stribeck摩擦模型可以减少17.7%~33.6%的关节力矩计算误差,并能够进一步提高机器人动力学模型的准确性.     

基于雅可比矩阵分析法的多关节机器人机构设计技术研究

鉴于多关节机器人机构参数的设计是极其复杂的难题,研究出一种平面6自由多关节机器人的机构设计方法。通过分析小载荷6自由度多关节机器人机构设计的特征,提出一种从末端工作载荷任务反推各个杆件所需驱动力与功率作为选取驱动部件、设计机构依据的思路。通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,引入雅可比矩阵解决机器人逆运动学解析问题,得到多关节机器人各关节的运动速度,在速度选定基础上,计算出驱动力矩,综合考虑性价比选择出电机与减速器,根据电机与减速器的外形尺寸,从多关节机器人末端反向设计出机构外形。设计实例表明,该机器人结构具有良好的运动特性,为多关节机器人的详细结构设计提供了一种简单、有效途径。     

新型电动助力转向系统模型及控制逻辑研究

提出了一种采用单向电机和双离合器来作为助力源的新型电动助力转向系统（D-EPS）。首先建立了该系统的完整转向系统模型，然后进行了基于扭矩MAP图和PID控制方法的分析，最后通过软件仿真得出D-EPS系统的性能参数并相对传统EPS系统进行了分析对比。结果表明，D-EPS系统的助力性能和传统的EPS系统的助力性能相似，能够达到助力转向系统使用要求。新型助力转向系统（D-EPS）可以简化电机驱动电路，提高控制系统的可靠性，具有较高的实用价值。     

运动状态下柔性关节机器人振动环境预测

为研究柔性关节机器人运动状态下的振动特性,提出一种机构振动环境预测新方法. 以3自由度单臂机器人系统为研究对象,将结构中的行波理论与机器人关节旋转变换矩阵相结合,通过各结点力平衡及位移边界条件,建立机构系统在运动状态下的环境预测模型. 对运动状态下的机器人系统进行振动实验,结果表明本文方法可行.     

舰载机起飞加速装置——脉动无级变速器

为了利用母舰发动机的动力帮助舰载机起飞,提出采用脉动无级变速器代替母舰现用的减速器,为母舰动力做恒功率无级变速.采用脉动无级变速器与燃气轮机组合的形式,舰载机起飞时,将动力传动到卷筒上,用绕在卷筒上的钢丝绳牵引,帮助舰载机起飞加速.为提高脉动无级变速器的性能,将超越离合器由线接触改为面接触,并采用液体静压润滑技术.该方法可以增大舰载机的起飞质量,用脉动无级变速器代替减速器,不但提高了母舰的行驶性能及战斗性能,而且可以降低舰载机的起飞费用.     

Modeling and simulation of Cobot based on double over-running clutches

In order to analyze characteristics of Cobot cooperation with a human in a shared workspace, the model of a non-holonormic constraint joint mechanism and its control model were constructed based on double over-running clutches. The simulation analysis was carried out and it validated passive and constraint features of the joint mechanism. In terms of Cobot components, the control model of Cobot following a desired trajectory was built up. The simulation studies illustrate that the Cobot can track a desired trajectory and possess passive and constraint features ; a human supplies operation force that makes Cobot move, and a computer system con- trois its motion trajectory. So it can meet the requirements of Cobot collaboration with an operator. The Cobot model can be used in applications of material moving, parts assembly and some situations requiring man-machine cooperation and so on.     

Transient dynamic analysis and comparison on wedging processes of overrunning clutches with different contact surfaces

The effects of contact surface on dynamic wedging behavior of the roller and inner-ring of the overrunning clutch in a dual-turbine torque converter were investigated to reveal the friction self-locking mechanism and dynamic process. Planar strain clutch models including roller, inner-ring and outer-ring were built, and transient wedging process was analyzed with an explicit dynamics method. The modeling of stress and strain distribution and variation of two kinds of contact surfaces show that there are three stages named slipping, wedging and binding respectively during whole wedging process. Meanwhile the geometric structures of contact surfaces greatly influence the peak stress and strain distribution of the wedging process of the roller and inner-ring. The load bearing performance of contact surfaces with logarithmic spiral curve is better than that with straight line. Our study provides theoretical foundation for design and further optimization of wedging contact surface of an overrunning clutch in a dual-turbine hydrodynamic torque converter.     

传动式超越离合器寿命的研究

在这篇论文中,分析了传动式超越离合器的工作特点和失效原因指出:由滚柱与星轮平面间的显微滑移所产生的粘着磨损是导致超越离合器失效的主要原因,提出了对超越离合器摩擦副进行模拟试验的方法,研究了GCr15钢经渗硼和未渗硼的试样在脉动冲击载荷下的磨损规律,分析了润滑油,摩擦副表面光洁度对其使用寿命的影响。通过模拟试验和台架试验证明,对星轮表面进行渗硼处理,使用特殊的润滑油和提高星轮平面的表面光洁度,可以大大提高超越离合器的承载能力和使用寿命。     

汽车超越离合差速器试验台研究

作者对超越离合差速器的特点做了简要分析,提出了一种可用于快速强化试验超越离合差速器可靠性的试验台设计方案     

基于人类运动控制的用于电动辅助轮椅的重力抑制控制方法

尽管电动辅助轮椅越来越需要干扰抑制控制,但是这类研究还不多.本文基于对人类运动控制的研究提出一种干扰抑制控制方法,该方法对纵向运动采用速度控制,而对横向运动采用位置控制.由于本研究所使用的电动辅助轮椅有两个电动马达,所以在纵横两个方向上可以采用不同的干扰抑制控制.本文设计了纵横两个方向上的干扰抑制控制器,并且进行了试验验证.文中主要外在干扰为重力.     

汽车自动离合器控制系统设计

与手动挡汽车相比,配备自动离合器的汽车具有减轻驾驶员操作强度、增加行驶安全性,并延长离合器使用寿命等优势。文章针对部分车辆自动离合器存在的问题,通过力学分析设计了一种新型的采用弹簧进行助力的自动离合器机构,对控制系统软硬件、离合速度控制策略、发动机控制方法等进行设计以实现离合控制目的。并在实际行驶的汽车上进行试验,以验证机构设计和控制系统设计的可行性和实际效果,证明可实现自动离合器控制系统运行平稳的设计要求。