并联机床运动仿真与运动学分析的新方法

为了不建立数学模型完成并联机床机构的运动仿真和运动学分析，提出综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸驱动功能实现运动仿真和运动学分析的方法。给定刀具位置与姿态的驱动尺寸和杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，实现运动仿真，记录杆件长度的被驱动尺寸，得到杆长的值。用Matlab软件拟合杆长数据，得到刀具位姿（驱动尺寸）与每个杆长值（被驱动尺寸）的拟合曲线和拟合方程，求解了杆件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，并联机床运动仿真与运动学分析方法简捷直观，速度快，求解精度高，可完成其他多自由度并联机构的运动仿真和运动学分析，是并联机构的运动仿真和运动学分析的有效工具。     

双向匀速摆动光学平台的运动规划与虚拟仿真

根据设计要求先对输出摇杆进行了运动规划以得到理想的角速度曲线,利用运动学反求法得到输入曲柄的运动规律;再在ADAMS中对该机构进行了虚拟样机仿真,驱动曲柄按照得到的伺服输入运动规律转动,得到了摇杆的实际输出角速度曲线;经误差分析,结果表明,所设计的曲柄摇杆机构满足光学平台的双向匀速摆动输出要求.     

上三角肘杆式主驱动机构的优化

针对伺服压力机主驱动机构的主要杆件对机构运动学和动力学特性的影响,提出一种优化结构的方法以提高机构的机械效益。基于压力机的主驱动机构的工作原理,建立压力机主驱动机构的上三角肘杆机构的ADAMS仿真模型。建立上三角肘杆机构的正运动学数学模型,同时运用MATLAB编写计算程序进行数值计算,得到上三角肘杆机构在不同杆长条件下输出端的运动变化特性曲线,验证连杆尺寸的设计具有合理性。进行上三角肘杆机构的动力学特性分析,得到各个铰节点的受力变化情况。建立机构的参数化优化模型,以机械效益最大为优化目标,计算获得优化后的杆长尺寸,并得到上三角肘杆式主驱动机构输出力的放大倍数提高了2.75倍。     

复合驱动并联机构的动力学建模与仿真分析

针对一种■自由度复合驱动并联机构的刚体动力学建模问题,采用拉格朗日法结合虚功原理建立刚体动力学模型并进行仿真分析。首先,在考虑存在次闭环的情况下,采用闭环矢量法对并联机构进行运动学分析,推导出机构各构件质心的线速度和角速度;其次,采用拉格朗日法结合虚功原理建立复合驱动并联机构的刚体动力学模型,为复合驱动并联机构驱动力的求解及后续动力学仿真分析奠定了基础;最后,基于MATLAB软件和ADAMS软件对该并联机构进行动力学仿真分析,在给定相同末端轨迹的情况下,对比两种软件得到的驱动力变化曲线,仿真结果验证了所建动力学模型的正确性。文中不仅为■自由度复合驱动并联机构控制系统的搭建打下了基础,也为其他复合驱动并联机构的动力学建模分析提供了理论依据。     

2-PRR并联机构刚柔动力学仿真分析

用三维软件对2-PRR并联机构进行了设计及建模,在ANSYS中对连杆构件用柔性化处理替换了原来的刚性体,通过计算分析了其动力学模态特性。在ADAMS中对2-PRR并联机构进行了运动学和动力学仿真,验证了该机构的正、逆解,并得到了驱动滑块上的驱动力矩变化特性曲线。研究结论为并联机构在雕铣机床和平面抓取机器人中的设计和选用提供了理论依据。所研究的2-PRR并联机构已经在平面雕铣、机器人平面抓取、农业采摘等装备上得到应用。并联机构的动力学分析(正、逆两类问题)是并联机构在机器人、机床动力分析、整机动态设计、动力学尺度综合、控制器参数整定和伺服电机选配的理论基础。     

新型并联机器人工作空间分析及运动仿真

通过机构学构型理论,优选设计几种2T1R型新型并联机器人机构,通过空间机构运动学理论,对其进行了工作空间分析、奇异性分析,并通过三维造型和运动仿真分析了此类并联机器人运动问题,为实际应用和新产品开发打下基础.由于约束链对工作空间的影响很大,合理设计约束链能得到较大的工作空间.通过奇异性分析可以得到该类机构在工作空间中没有奇异形位和不定形位,具有良好的可操作性的结论.通过运动学仿真,验证了该并联机构能实现2T1R运动,具有3个自由度;位移、速度曲线光滑,运动连续平稳;动平台中心可以实现较大范围的摆动,具有工作空间较大的优点.     

并联机床高速加工性能分析

论述了并联机床在高速加工中的特点 ,分析了以串联式进给运动为特点的普通机床在高速加工中的局限性 ;提出了高速机床实现的设计要求 ,包括直接驱动技术、轻型复合结构和新机床运动学。对滑块式并联机构作了运动学、动力学和加工精度分析 ,给出了位移、速度和加速度及驱动力曲线 ;最后分析了并联机构在高速机床上的应用需解决的诸如串动和奇异空间问题     

主动过约束并联机构6PUS+UPU力位混合控制

为了解决主动过约束并联机构驱动协调性问题,提出一种基于动力学的力位混合控制策略。以6PUS+UPU并联机构为研究对象,基于运动学分析的基础,利用虚功原理推导了机构整体动力学模型与单分支动力学模型,进而得到机构期望内力;以机构内力和运动精度为控制目标,在力位混合驱动的基础上提出一种基于动力学的力位混合控制策略;以6PUS+UPU机构样机为对象进行控制实验,并对实验结果进行了分析。实验结果显示,所提力位混合控制策略可以提高对主动过约束并联机构内力的控制精度,改善各分支驱动协调性,并能在一定程度上提高机构运动精度。     

3-PCR并联减振装置的动力学分析

为实现多维减振,本文采用3-PCR并联机构作为多维减振平台。并联机构动力学模型是多自由度、多参数耦合且高度非线性的复杂系统,首先,利用Lagrange法建立3-PCR并联减振装置的动力学方程;然后,利用Solidworks构建减振装置三维模型,并将模型导入ADAMS中建立虚拟样机模型;最后,利用ADAMS仿真软件对三维减振装置基体进行运动学和动力学仿真分析,得到驱动杆位移、速度、加速度曲线图和各连杆驱动平衡力图。仿真结果表明：3-PCR并联减振装置具有较好的运动稳定性,加速度在变化时也没有存在较大的冲击,便于控制。     

新型3-DOF冗余并联机构运动学和工作空间分析

因具备更高刚度、更好动力学性能等特点,冗余驱动并联机构越来越多地应用于各行业中。提出一种支链为双滑块结构的3-DOF冗余并联机构,基于位置正、反解分别推导了机构的运动学方程,并结合反解方程和MATLAB对机构进行运动学仿真,绘制了驱动位移、速度曲线;结合运动学分析结果与正解方程对机构工作空间进行分析,绘制了机构三维工作空间;运动学、工作空间分析结果表明,机构在工作空间内运动平稳,无位移、速度突变等情况,且工作空间关于XOZ面具有良好的对称性;研究结果为该构型冗余并联机构的实际应用提供了基础。     

一种三自由度电动仿真平台的设计

介绍一种由伺服电动缸驱动的三自由度运动平台。详细叙述了3RPS并联机构的运动学反解,设计了电气控制系统。采用经典PID双闭环控制,经试验验证表明,充分利用计算机的计算特性,设计合适的控制软件,采用低成本、易维护的电动缸也可以达到和液压缸一样良好的控制性能。     

自动包装机横封装置的改进

本文系统的阐述了横封装置的作用和工作原理,分析了传统横封装置的不足。对自动包装机的横封装置从动力源和传动机构两方面进行了改进,采用伺服电机代替了传统的普通电机和采用横封滑块代替了传统的横封轮,并具体分析了改进后横封装置的特点。     

某型高速无人机舵控系统的设计

为解决高速无人机舵机控制系统体积小、反应快、噪声低等技术需求,结合某型高速无人机系统,设计了一种以模拟电路的方式实现舵电机系统PID调节的伺服控制系统,并在电路中采用一种有差比例控制的方式,实现了系统频率响应要求.对该系统进行了控制过程曲线分析及实际飞行测试,其结果表明:舵控系统满足了设计需求,达到了高速无人机系统快速...     

三维缝纫机械手的设计

针对缝合三维纺织复合材料构件作业对缝合设备的需求,设计了一种伺服电机驱动的五自由度缝纫机械手,介绍了其主要结构。根据单边缝合法原理,利用曲柄滑块机构设计了一种单边缝合机构。运用D-H法构建了机械手的坐标系,推导了其位姿方程并求得逆解,作为控制系统设计的基础。     

多波束天线并联式座架的优化设计与轨迹规划

为解决某天线安装现场缺乏大型吊装设备,需要自行升举的难题,提出了一种基于6-UCU并联机构的多波束卫星天线座架。基于人工蜂群算法(ABC)进行了结构参数优化,使并联机构在满足电动缸极限长度之比、虎克铰极限转角等约束条件下,实现超大姿态角的运动。同时针对天线阵面位姿调整设计了一种位姿补全方法,通过天线平台的3个姿态参数推演得到其3个最佳位置参数,并提出了一种基于位姿的插补运动规划策略。基于所开发的并联机构虚拟仿真平台,进行了运动学仿真、关节干涉及超工作空间判断,上述优化设计与控制策略均在原型样机中得到了有效运用。     

并联机构实轴伺服电机的振动抑制

分析了Turbo PMAC运动控制器的超前观测功能,将其应用于并联机构实轴电机的振动抑制.在PRS-XY混联加工平台上进行的实验证明,在使用Turbo PMAC运动学功能进行并联机构控制时,利用其超前观测功能,能有效地抑制电机振动.研究证明,Turbo PMAC的超前观测功能实质上是一种变插补周期的控制方式,不依赖于具体机构的运动学模型.     

基于SimMechanics的三自由度并联打磨机构动力学分析与仿真

针对一种新型三自由度并联打磨机构进行了运动学和动力学分析,并借助于MatLab/SimMechanics 工具箱的系统动态建模功能,搭建了一精确的仿真平台.结果表明:当并联打磨机构末端受广义力矢量作用时,在仿真平台上对系统进行Lagrange方法的动力学仿真分析,示波器跟踪动平台中心点的位置、速度及加速度,从而获得驱动...     

一种新型并联运动振动筛及其运动学研究与研制

提出了并联运动振动筛的新概念,设计了一种新型空间二自由度并联机构,固结于该机构运动平台的筛箱能产生一个独立的铅垂运动和两个转动(其中一个为独立转动,一个为衍生转动),筛面轨迹为空间复杂曲线,适合于高效物料筛分运动;建立了该机构运动学正逆解数学模型,根据振动筛分工艺要求,设计了杆件长度,并进行了相应的三维实体运动仿真;还导出了上平台各点运动轨迹方程,用MATLAB绘出了相应的轨迹曲线,为该机构工艺参数的进一步优化设计奠定了基础;最后研制了样机.     

伺服泵的电动变量机构

针对一体化电动静液作动器(Electro-hydrostatic actuator,EHA)中电动机转速与泵排量双变量控制的需要,设计了一种电动变量伺服泵,利用电动变量机构来改变泵的排量,取代传统伺服变量泵中的液压伺服机构。对变量泵变量机构驱动力矩进行了分析计算,选用直流伺服电动机作为变量机构执行单元,通过减速机构和扇形齿轮直接驱动斜盘的摆动轴,改变斜盘倾角从而实现变排量,并设计了基于DSP的数字伺服控制器。建立其数学模型, 进行了仿真分析,仿真结果表明伺服泵输出排量可实现无超调的快速调节,调节时间和小信号下的频响均达到了设计要求。     

基于连续蚁群算法的3-RPS并联机构正解

为了避免传统数值方法求解并联机构正解问题的弊端,提出了一种将并联机构正解问题转化为目标函数优化问题的求解方法。并联机构正解的核心问题是求解一组多元耦合非线性方程组,以此为依据建立了并联机构正解的目标函数优化模型,并提出了一种简单的连续蚁群算法来求解该优化模型。以求解3-RPS并联机构正解为例进行了仿真分析。结果表明,该算法具有良好的全局寻优功能,能够避免初始值和局部极小值对计算结果的影响,不用计算雅可比矩阵及其逆阵,且计算精度满足并联机构正解的要求。