一种新型4自由度高速并联机械手动力尺度综合

研究一种可实现SCARA运动的新型4自由度高速并联机械手动力尺度综合方法。简要阐述该机构中由可变菱形动平台和齿轮增速机构生成绕z轴转动的传动原理。在建立运动学和刚体动力学模型基础上,利用直接和间接雅可比代数特征构造出两类可用于描述运动/力在链内和链间传递能力的压力角,并提出一种基于单轴最大驱动力矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在满足工作空间与机构尺度比、可装配条件等几何约束和运动学性能约束下,综合出一组可使得系统刚体动力学性能全域最优的尺度参数,并利用Adept拓展轨迹预估出电动机参数。     

一种新型4自由度高速并联机器人设计方法

提出一种可实现SCARA运动的新型4自由度高速并联机器人的动平台,采用双螺旋齿轮传动原理,将两相对支链驱动转化为末端的自转运动。针对该机器人的动力尺度综合问题,在建立运动学和刚体动力学模型基础上,利用直接和间接雅可比矩阵的行列式,构造出两类揭示机构奇异状态并定量描述机构链内与链间的力传递特性的空间压力角。基于可反映系统动力学特性的性能评价指标,在几何约束和力传递性能约束条件下,借助多目标优化的方法获得可保证机构运动学和动力学性能的最优尺度参数。     

2自由度手臂康复机器人运动学及动力学分析

针对上肢康复训练需求,设计一种采用二连杆串联结构的2自由度手臂康复机器人。基于D-H法对机器人的正、逆运动学进行理论分析,采用Matlab/Simulink和SimMechanics工具箱分别搭建机器人的正逆运动学理论模型与机构模型进行仿真对比,分析结果验证了机器人运动学建模的正确性。结合人体工程学相关标准和手臂关节运动范围要求,建立机器人与手臂机构的联合仿真模型,确定机器人的工作空间;并完成机器人进行画圆训练的轨迹规划,为机器人运动控制奠定了基础。基于联立约束法建立机器人的动力学模型,确定了机器人各关节驱动力矩大小,为驱动电机选取和控制器参数选择提供了依据。     

大型游乐设施多姿态假人下肢省力驱动设计研究

为解决大型游乐设施传统检测方法可靠性低,进口假人与测试场景不匹配的问题,基于我国人体特征设计了多姿态假人下肢模型,以准确评估危险运行区间。对不同驱动模型进行运动学和动力学分析,基于Lagrange方程和动态静力分析法建立了驱动力矩与腿部转动角度之间的关系,确定了下肢仿人1:1模型的低力矩驱动方案;利用传感器获取角度数据,分析了人体姿态调整规律,从而确定了下肢模型的运动参数,进一步通过微控制单元实时获取和调整模型姿态数据,实现了假人站姿和坐姿的转变。实验结果表明：间接驱动机构的驱动力矩约为直接驱动力矩的1/4,实现了低力矩电机驱动大力矩下肢模型;间接驱动模型主动构件运动非线性,通过轨迹规划结合PID控制实现了姿态调整过程的非线性驱动和平滑启停。     

Delta并联机构动力学性能优化

将凯恩方程用于Delta并联机构动力学建模,使得机构运动方程由形式简单的广义主动力和广义惯性力表示。以关节驱动力矩在整个编程空间的最大值,作为量化机构动态性能的全局性能指标,同时将机构对编程空间的要求处理成对结构参数的约束,基于性能指标实现了机构的动力学性能优化设计,兼顾了机构对编程空间及动力学性能两方面的要求。将机构性能指标看作结构参数的多元函数,借助灵敏度量化性能指标随结构参数变化的方向和幅度,以避免求优过程的盲目性。性能指标对参数扰动不敏感,有利于机构长期保持其优良的原始性能。     

基于运动性能分析的仿人机械臂尺度优化

针对多关节串联机构耦合影响末端执行器运动性能的问题,分析了串并混联机构的运动特性,提出了实现可视化设计的多参数平面模型。基于旋量理论,分别建立了串联、并联关节的运动传递矩阵,并设定了相应性能指标。在此基础上,根据多参数平面模型,通过三维可视化图形,进一步揭示了参数尺度、关节转角空间、性能指标之间的耦合关系,最终确定了参数取值、关节的优质转角范围和指标分布情况。优化结果表明：肩关节、腕关节的全域性能指标分别为0.78、0.67,肘关节的全域条件数为2.38。该混联构型具有与人体手臂关节相类似的功能,可充分发挥串联、并联机构的综合优势。     

三自由度仿生肩关节动力学建模与仿真控制分析

根据人体肩关节运动特性,提出了一种由气动人工肌肉(PMAs)驱动的解耦型并联肩关节。应用螺旋理论对三自由度并联机构进行了自由度分析。基于并联机构反解易求的特性,建立了机构的运动学模型,并利用拉格朗日法建立了机构的动力学模型。通过仿真控制实验,使用计算力矩法能较好控制三自由度并联机构的运动,同时也验证了动力学模型的正确性。     

■高速并联机器人动力尺度综合

研究一种新型四自由度高速并联机器人动力尺度综合方法。该机构以■为支链且具有单动平台结构,与采用双动平台结构的此类机构相比,末端动平台质量更轻,从而具有良好的加减速性能。建立机构运动学和动力学模型,并构造出可反映机构运动和力传递特性的链内/链间压力角,以及以单轴最大驱动扭矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在此基础上,综合考虑装配尺寸等几何约束和运动学性能约束,建立了以使机构动力学性能最优的机构尺度综合模型。在探究压力角和动力学性能随尺度变化规律后,给定具体约束条件,通过遗传算法优化得到一组最优尺度,并基于在Lamé抓放轨迹上运动仿真完成伺服电动机参数预估。     

■高速并联机器人动力尺度综合

研究一种新型四自由度高速并联机器人动力尺度综合方法。该机构以■为支链且具有单动平台结构,与采用双动平台结构的此类机构相比,末端动平台质量更轻,从而具有良好的加减速性能。建立机构运动学和动力学模型,并构造出可反映机构运动和力传递特性的链内/链间压力角,以及以单轴最大驱动扭矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在此基础上,综合考虑装配尺寸等几何约束和运动学性能约束,建立了以使机构动力学性能最优的机构尺度综合模型。在探究压力角和动力学性能随尺度变化规律后,给定具体约束条件,通过遗传算法优化得到一组最优尺度,并基于在Lamé抓放轨迹上运动仿真完成伺服电动机参数预估。     

面向踝关节康复的四自由度广义球面并联机构运动学性能

针对现有踝关节康复机器人运动特性与人体踝关节实际运动特性存在明显差异,导致人机相容性不理想的问题,基于高匹配度的U₁U₂型踝关节运动拟合模型,提出一种适用于踝关节康复且结构紧凑的四自由度广义球面并联机构。基于螺旋理论分析其运动及约束特性,论证其与踝关节运动拟合模型运动的一致性;分别建立机构的位置及姿态运动学模型,证明了该机构的位置与姿态之间运动学完全解耦;基于雅可比矩阵极其条件数分析,阐明该机构在纯背伸趾屈和纯内外翻运动中均具有运动学的完全各向同性性质,且在踝关节工作空间内具有较好的灵巧性及可操作度,并无奇异位形等病态位置存在,通过数据对比验证该机构具有较好的运动学特性,适用于踝关节康复。     

基于凸包剖分的平面机构尺度分类方法

以平面机构位置约束方程奇异性条件和结构参数空间凸包复形剖分方法为基础,研究平面机构尺度分类问题.由机构位置方程的奇异性导出机构的尺度分类条件,并讨论分类条件的一般特性.讨论结构参数空间的凸包复形表示和剖分方法,并研究凸包复形的特性与机构类型的一般关系.讨论凸包复形剖分的一般流程,进行计算机实例分析验证.研究表明,所提出的方法具有明显优势:一方面凸包复形的剖分结果包含了机构尺度类型的完整信息,可依据拓扑结构获得不同尺度类型机构的转换关系;另一方面凸包复形和单形的Carathéodory表示方法有利于机构的尺度确定.所提方法也较适合采用计算机处理复杂机构的尺度分类问题.     

一种3-CRCR/RPU对称并联机器人机构工作空间及运动学分析

提出一种新型对称3-CRCR/RPU并联机构,借助修正的Kutzbach-Grübler公式,结合螺旋理论进行分析,该机构具有4个自由度。根据几何约束条件列写矢量方程,以解析解形式给出该机构的运动学正解和逆解,基于逆解对机构速度和加速度进行分析,对机构雅可比矩阵分析知,该机构不含奇异位形且部分解耦。应用ADAMS软件建立仿真模型,验证运动学模型的正确性。根据机构各关节限制约束条件给出其工作空间,得出机构具有类斜六面体的α-β-z位姿子空间。最后,研究机构结构参数对工作空间的影响,并基于改进后的全局性能指标ηJ研究不同结构参数下机构整体性能分布,从而为该机构的空间轨迹规划、结构设计的优化问题提供参考。     

一种手腕同步驱动码垛机械手设计

根据啤酒箱码垛系统工艺流程要求,对码垛机械手运动轨迹进行了设计,在此基础上建立码垛机械手模型;设计了一种手腕同步驱动机构,对同步驱动机构进行动力学分析并对驱动转矩参数进行优化。最后,利用ADAMS软件对该机构进行仿真分析。     

关键结构参数对弹簧离合器传扭性能影响分析

弹簧离合器具有结构简单、传递功率密度大的特点,但目前对其传扭失效特征尚不明晰。采用有限元数值计算方法,建立了2000 kW弹簧离合器模型;重点研究了弹簧离合器的变截面弹簧间隙及其激发圈厚度等关键结构参数对离合器传扭性能的影响;分析了不同结构参数下弹簧内外圈应力以及弹簧离合器的传扭失效特征;实验测试了弹簧激发圈厚度较小时离合器传扭性能,验证了其打滑失效特征。研究表明:较大的弹簧间隙会降低弹簧离合器传递扭矩能力,导致其打滑失效;适当减小弹簧间隙,可提高传递扭矩能力,使应力分布更合理;减小弹簧激发圈厚度,激发扭矩减小,易导致弹簧离合器打滑。弹簧离合器传扭性能的研究,为弹簧离合器的优化设计提供了依据。     

太阳帆板定向驱动机构的研制

本文主要阐述太阳帆板定向驱动机构的设计计算与性能实验。内容包括:传动系统设计,参数选择,力矩与转动惯量的计算,材料与润滑的选择,力学实验与空间性能实验及其实验结果。     

新型自平衡阀配流式低速大扭矩高水基液压马达的研究

低速大扭矩高水基液压马达具有可直接驱动负载、结构紧凑等特点,因其良好的阻燃性及环保特性,特别适用于有明火或对污染高要求的场合。针对现有液压马达的结构及配流方式不适用于高水基液压马达低速、高压工况的情况,且泄漏严重,导致容积效率较低,提出一种采用自平衡式阀配流方式的高水基液压马达结构。介绍了配流结构,分析了给定阀参数时配流特性,验证了自平衡阀配流形式的可行性,并对影响马达动态响应特性的系统参数进行了分析。     

4自由度并联机构刚体动力学模型

以一种具有空间SCARA运动(三维平动和一维转动)的四自由度并联机构为研究对象,系统研究其简化刚体动力学模型的创建方法,提高了力矩求解精度。在运动学分析的基础上,利用虚功原理,建立机构的完备刚体动力学模型,并利用ADAMS校验该模型的正确性。考虑机构各活动构件的结构和运动状态,建立机构的单变量简化刚体动力学模型,奠定了变量优化的模型基础。以机构沿标准轨迹运动时,将完备模型和简化模型计算所得的单轴驱动力矩差值的最大值的绝对值的平均值作为优化目标,分析各尺度参数对优化目标的影响规律,为简化模型的最优变量确定提供指导。以一组给定参数为例,利用单目标优化方法,求解出变量最优值,通过与现有简化方法对比,验证了所述方法的有效性。     

过约束平面并联三维力/力矩传感器的研制

针对轴承的故障早期诊断和在线实时监测,提出了一种新型过约束平面并联三维力/力矩传感器。通过采用分支轴线均不过传感器中心的6条对称分布的测力分支,该传感器可同时测量轴承径向载荷和轴向力矩。根据静力学平衡方程,求解了其测量数学模型;基于传感器测量模型与性能指标分析了传感器性能,进而对其各结构参数进行优化设计。研制了传感器样机及其加载标定实验系统,开展了加载标定实验,得到了该传感器的测量精度。标定实验结果显示:传感器径向力测量精度为2.56%,力矩测量精度为0.92%,Ⅰ类误差为2.56%,最大Ⅱ类误差为2.29%。文中所做工作,为将该新型过约束平面并联三维力/力矩传感器应用于在线实时测量轴承径向载荷和轴向摩擦力矩奠定了基础。     

车用液力变矩器混合流道CFD仿真方法

针对车用液力变矩器复杂动态过程中工作相位随时发生转换,不能及时判断相应流场结构的改变,难以对瞬时流场特性进行准确仿真的问题,基于传统变矩器CFD流道模型和导轮空转无叶片模型,建立了液力变矩器混合流道CFD仿真模型。该仿真模型可以自动识别变矩器变矩、偶合和功率反传等工作相位及其相位转换过程,并根据导轮是否空转自动选择相应流道模型。对某变矩器进行了一系列稳态通用特性和动态特性的仿真与试验研究,对比结果表明,液力变矩器混合流道CFD仿真方法对变矩器稳态和动态特性仿真精度较高,有效解决了变矩器复杂动态过程难以快速实时仿真的问题,具有一定的工程实际意义。