变结构并联多维振动台自由度特性与运动学分析

基于3-P(4S)构型设计并研制了一种直线电机驱动的、平衡位姿可调的变结构并联多维振动台.运用约束螺旋理论分别对子闭环初始安装为平行四边形和梯形的两种构型进行自由度特性分析.建立两种构型的运动学位姿模型,研究机构位姿输出与驱动输入的关系,通过迭代搜索法求解梯形安装时机构的非线性约束方程组.根据位姿分析,分别用反解搜索法和正解遍寻法得到两种初始安装条件下机构的可达工作空间以及梯形安装时的伴随转角空间.通过数值算例验证理论分析结果,对机构进行运动仿真,研究不同装配结构下振动台机构的运动输出特性.依据理论分析与仿真结果进行实物样机运动实验,将理论计算、仿真分析和实验的结果进行对比,进一步验证了理论分析的正确性以及样机工程应用的可行性.     

一种六输入三自由度并联平台机构分析

提出一种六输入、动平台自由度为3的并联平台机构.对于动平台,输入是冗余的.引入协调构件,使机构的自由度为6,所以对于整个机构,输入是确定的,避免了超确定输入协调控制的问题,同时使机构具有冗余驱动机构的优点.将动平台和协调构件的运动作为机构的广义输出,对机构进行了运动学分析,建立了输入和广义输出的映射关系,得到了机构的1阶、2阶影响系数矩阵.应用虚功原理和达朗贝尔原理对机构进行了动力学分析,得到了动力学模型.仿真结果表明,该并联平台机构具有承载能力高等特点,是设计重载并联机构的一种新的解决方案.     

耦合型3自由度并联稳定平台机构及其运动特征

基于舰船摇荡运动的耦合特征,采用耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联机构作为舰载稳定平台机构,实现了稳定平台三轴驱动、动平台五轴联动补偿的目标．运用螺旋理论分析了机构的自由度和运动特征, 并讨论了输入关节选取的合理性|采用坐标等效运动的方法,建立机构耦合运动约束方程,得到了位置解及工作空间．本文将耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联机构用于舰载稳定平台五轴联动补偿,拓展了少自由度并联机构的应用领域．     

基于神经预测的模糊主动隔振控制技术研究

将基于神经网络预测的模糊控制技术应用于静电悬浮加速度计地面实验装置主动隔振系统。神经网络预测模型可以根据当前时刻控制器与隔振平台的输出,能够对下一时刻隔振平台的运动状态提前作出预测,并将这一状态反馈输入到模糊控制器,能够使模糊控制器提前作出判断对隔振平台进行控制。研究结果表明该算法不仅可以限制控制信号的振荡,而且有利于抑制超调,对0.1Hz以上的低频激扰具有良好的隔振效果。     

Ｓｔｅｗａｒｔ主动隔振平台的神经网络自适应控制

针对Ｓｔｅｗａｒｔ主动隔振平台,提出一种基于径向基函数（ＲＢＦ）神经网络的多输入多输出自适应隔振控制方法．考虑外界振动对Ｓｔｅｗａｒｔ主动隔振平台动态特性的影响,建立了隔振平台在工作空间中的动力学模型．推导出ＲＢＦ神经网络的权值矩阵、高斯基函数中心和宽度的在线自适应调节律,以使神经网络快速逼近系统的非线性动态函数．应用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论,证明了在扰动力和神经网络逼近误差有界的条件下,闭环控制系统滤波误差和ＲＢＦ神经网络各调节参数估计误差的一致最终有界．仿真结果表明,该控制方法能有效地抑制不同方向的低频有界振动.

     

Ｓｔｅｗａｒｔ主动隔振平台的神经网络自适应控制

针对Stewart主动隔振平台,提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络的多输入多输出自适应隔振控制方法.考虑外界振动对Stewart主动隔振平台动态特性的影响,建立了隔振平台在工作空间中的动力学模型.推导出RBF神经网络的权值矩阵、高斯基函数中心和宽度的在线自适应调节律,以使神经网络快速逼近系统的非线性动态函数.应用Lyapunov稳定性理论,证明了在扰动力和神经网络逼近误差有界的条件下,闭环控制系统滤波误差和RBF神经网络各调节参数估计误差的一致最终有界.仿真结果表明,该控制方法能有效地抑制不同方向的低频有界振动.     

Stewart并联机构主动隔振平台的非线性L2鲁棒控制

以Stewart并联机构主动隔振平台为研究对象,提出一种非线性L2鲁棒主动隔振控制方法．应用牛顿—欧拉方法建立了由直线音圈电机驱动的隔振平台的完整动力学模型．在模型非匹配不确定性的上界未知的情况下,充分考虑动力学模型的非线性特性、参数摄动以及未建模动态等因素对隔振控制的影响,设计了模型非匹配不确定性上界估计的调节律并推导出鲁棒主动隔振控制律．通过构造合适的存储函数,在理论上证明了系统的稳定性和满足L2性能准则的隔振性能．仿真结果表明,该方法能有效地抑制6个方向的低频振动,得到满意的隔振性能．     

基于弹性关节的二维宽频隔振结构的设计及优化

为了得到具有隔振功能的新型材料,本文对带有弹性关节的新型二维隔振结构的形状、尺寸及材料的选取进行了研究.探究了负泊松比结构实现宽频的带隙功能的作用,分析其在低频处的隔振性能.首先,文章建立了基于弹性关节单元的有限元模型,并以弹性关节的角度作为设计变量,确定角度与单元模型前三阶模态频率之间的关系,获得了最优的结构参数及单元构型.其次,对单元结构进行了动力学分析,给出了结构的动力学响应曲线,得到了隔振频带与结构参数的关系,并且确定了最优角度下的带隙深度和宽度.最后,建立了二维隔振结构有限元模型,对此二维结构进行了动力学分析,得到了在不同方向激励下的动力学响应曲线.结果表明,该二维隔振结构在低频处具有宽而深的频率带隙,实现了将弹性关节与二维隔振结构相结合的低频宽频隔振,为隔振领域的结构和材料设计提供了新思路.     

一种新型并联机床的驱动输入选择

基于螺旋理论,将并联机床全部分支中可作为驱动输入的运动副锁定后,可以得到作用在动平台上的 约束螺旋．选出与机构的自由度数目相同的约束螺旋与机构本身固有的结构约束螺旋组成约束矩阵,根据约束矩阵 的秩确定输入的合理性．将约束力／力矩矩阵的最小奇异值与最大奇异值之比定义为约束力／力矩各向同性度,并 以此为指标对各驱动输入组合的优劣性进行评价．驱动输入选择结果表明,该并联机床存在5 种合理输入,其中以 UPS 分支中的5 个P 副为驱动输入是最优组合．     

柔索驱动三自由度球面并联机构运动学与静力学研究

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件,它结合了并联结构和 柔索驱动的优点．文章提出了一种新型带有约束机构的并联柔索驱动机器人，采用四根柔索 驱动．由于约束机构的引入，机器人可实现在空间的三维转动．介绍柔索驱动并联机器 人的机构构型，给出了位姿逆解，建立了静力平衡方程和运动学方程，讨论了柔索拉力的确 定方法．研究结果证明在加入了约束机构后，柔索机器人可以实现更多的运动形式，这就为 更广泛的应用柔索驱动成为可能．     

3-TCT并联机器人运动学仿真

以Pro/E环境下建立的3-TCT并联机器人的模型为研究对象,在ADAMS/View模块下,对其添加约束和驱动后,进行运动学仿真.给定动甲台的位移,测量驱动杆杆长的变化曲线,利用ADAMS/Postprocessor模块对测量结果进行后处理,可得运动学逆解;以逆解得到的驱动杆杆长的变化曲线作为驱动,添加到驱动杆上可进行运动学正向求解.正逆解仿真结果对比表明,动平台正解时的运动轨迹和逆解时的运动轨迹完伞吻合.方法避免了大量的数学计算和计算机语言编程工作,通过CAE仿真软件实现了对并联机器人的运动学仿真,为并联机器人实际样机的调试和控制提供了一套有效的分析方法.     

宏微复合运动平台的自抗扰控制研究

摩擦是影响机械导轨运动平台精度的主要原因.宏微复合运动平台将无摩擦的柔性铰链与直线平台结合在一起,利用柔性铰链的弹性变形补偿摩擦死区.然而,柔性铰链的固有频率低,其非线性弹性振动严重影响微平台定位精度.为此,本文设计视弹性振动为扰动的自抗扰控制策略,该方法避免了建立非线性弹性振动精准数学模型的困难,利用扩张状态观测器主动估计弹性振动及不确定性,并在微平台位置环补偿之,以保证微平台定位精度.与此同时,在控制律中加入加速度前馈以提高系统响应速度.对于宏平台,采用PID控制作为宏平台位置环的控制策略,并通过宏微双级驱动方式补偿受机械导轨非线性摩擦带来的影响.实验对比结果表明,自抗扰控制在受非线性弹性振动影响时,其抗扰性能、跟踪性能优于传统的PID控制,可保证微平台良好的定位精度.     

Dynamics analysis of the Star parallel manipulator

Matrix relations in kinematics and dynamics of the Star parallel manipulator are established in this paper. The prototype of the manipulator is a three-degree-of-freedom mechanism, which consists of a system of parallel kinematical chains connecting to a moving platform. Knowing the translation motion of the platform, we develop first the inverse kinematics problem and determine the position, velocity and acceleration of each robot’s link. Further, the inverse dynamics problem is solved using an approach based on the principle of virtual work, but it has been verified the results in the framework of the Lagrange equations with their multipliers. Recursive formulae offer expressions and graphs for the power requirement comparison of each of three actuators in two computational complexities: complete dynamic model and simplified dynamic model.     

柔性支撑Stewart平台自适应交互PID隔振控制

为了实现500 m口径球面射电望远镜(five hundred meter aperture spherical radio telescope, FAST)二级精调稳定平台对馈源舱隔振控制的定位和指向精度, 首先提出了基于并联机构学原理的3维机动目标跟踪预测算法, 对柔性支撑Stewart平台的基座运动进行跟踪预测. 进而,在Stewart平台关节空间设计了自适应交互PID控制器, 引入自适应交互算法解决PID参数的实时调整, 以适应柔性支撑Stewart平台的参数变化对不同控制参数的需求. 采用现代机电系统仿真策略, 对柔性支撑Stewart平台隔振系统的动力学与控制问题进行了仿真, 结果表明: 与传统的PID控制器相比, 自适应交互PID控制器大大改善了隔振效果, 完全满足隔振目标的要求.     

基于运动学正解的三转动并联机构迭代补偿控制

首先建立三转动并联机构的运动学方程,研究该并联机构的运动学反解和运动学正解,然后建立该机 构的动力学方程并分析其动力学特性．基于该机构研制了能复现自行武器行进时的车体姿态变化过程的动态模拟器 试验台．该试验台利用运动学反解算法进行闭环控制,并采用基于运动学正解的开环迭代补偿控制算法修正姿态驱 动信号,使试验台的响应逐渐逼近期望的姿态指令．测试表明该系统时域波形复现精度优于95%,验证了迭代补偿 控制的有效性．     

Design of moving magnet type pickup actuator using inserted coil

Recently, the demand of the information storage devices with large storage capacity such as Blu-ray Disc and high-definition television is increased. In keeping with this trend, the optical storage devices are also required to have high data transfer rate and large storage capacity. To satisfy these requirements, the actuator for optical disc drive should have a high servo bandwidth to compensate the vibration of optical disc. The servo bandwidth is limited by some flexible modes of the actuator, thus it is essential to make these frequencies of flexible modes to high frequency region. The frequency of flexible mode depends on materials and shape. Stiff materials and simple shape is useful to increase the frequency of flexible mode. In this paper, we suggested a moving magnet type actuator having flexible modes which are happened at high frequency region. Generally, the moving magnet type actuator has an advantage to increase the frequency of flexible mode because the moving magnet type actuator has simple structure and the Young’s modulus of magnet is high. However, large moving mass and inefficiency of Electromagnetic (EM) circuit cut down driving sensitivities of actuator. To improve driving sensitivities, we designed the model with the closed EM circuit for tracking actuation. The design of experiments (DOE) procedure is applied to get proper design parameters and the variable metric method (VMM) which is a technique of optimization is used to improve driving sensitivity. The lens holder is also improved based on the optimization result of EM circuit. And to make up for the low efficiency of EM circuit, the thermal stability is checked on condition that the input current is very high. At last, the final design of moving magnet type actuator is suggested and it is verified that the driving performance and the structural stiffness of the final design is sufficient.     

用6-RUS型并联机构实现海上补给自动对接的关键技术

提出了用6-RUS型并联机构来实时调整对接喇叭口的位姿状态以实现海上补给中的自动对接.首先,对该机构支链的相对位置关系及约束进行了讨论,建立了该机构的逆运动学模型;其次,对该机构支链的受力情况进行了理论分析,基于凯恩方程建立了该机构的逆动力学模型;最后,对该机构在运动过程中电机输出转角及输出扭矩进行了数值仿真.仿真结果...     

Cubic centimeter robot based on inertial stick–slip driving

In order to achieve the nano-operation in a limited space, a precision motion platform with a cubic centimeter volume based on the principle of inertial stick–slip driving is proposed in this paper. The mechanical structure and the operating principle are discussed. Kinematic models are used to analyze the performance of the prototype. To investigate the working performance of the prototype, a series of experiments are carried out. Experimental results show that the displacement outputs is related to the parameters of the electrical signal. The maximum moving speed of the platform reaches 13.1 mm/s when the driving frequency is 3.1 kHz. The maximum single step displacement reaches 4.8 μm. Through proper driving voltage and frequency, the proposed prototype can produce a satisfactory velocity.

     

考虑迟滞及变形影响的主被动混合驱动绳驱空间机械臂运动学建模及求解

在绳驱空间机械臂的非结构化环境灵巧作业中,驱动绳索拉伸和臂段形变给机械臂的精确控制带来了困难。为此,本文提出一种改进运动学模型。首先,建立机械臂“驱动绳索长度－关节角度－末端位姿”的多重映射运动学模型;进一步考虑绳索迟滞、运动方向切换和臂段变形3种因素耦合影响,改进“驱动绳索长度－关节角”的映射模型。其次,设计试验平台,开展不同负载下的绳索迟滞量测定试验。最后,对比改进运动学模型仿真结果和绳驱空间机械臂样机试验数据。与理想几何模型的比较结果表明,长1110 mm的两段绳驱空间机械臂的末端绝对位置误差可减小15.2 mm;末端绝对位置误差减小61.4%,证明了改进运动学模型的有效性。