六自由度并联运动平台动力学建模及分析

通过分析液压驱动六自由度运动平台的运动学,给出了系统各部件的速度、加速度之间的关系。利用雅克比矩阵将各部分惯量影响投影到平台广义速度方向,运用凯恩方程建立了考虑支链液压缸惯性影响的系统完整的动力学模型。由动力学模型计算出平台在以不同的姿态运动时各支链的受力情况,为并联运动平台的设计优化以及动态分析提供了基础。最后运用所建立的动力学模型对实际运动平台的驱动力进行了仿真分析计算。     

Gough-Stewart平台高效动力学建模研究

运用凯恩方法建立并联机构动力学模型,以并联机构动平台参考点的速度和角速度作为伪速度,推导各个驱动杆和动平台偏速度和加速度,建立各个构件的凯恩方程,并加以综合,得出系统的动力学模型。所得模型表达简洁,变量和方程的数目少,适用范围广,计算效率高,适于并行计算。该方法便于在任务空间建立控制模型,并为并联机床的动态分析与设计提供了基础。     

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。     

基于Kane方程的3-TPT并联机构动力学研究

以3-TPT并联机构为研究对象,进行动力学方面的研究。首先,以Kane方程为基础,从运动学角度出发,分析运动平台和各个驱动杆件的速度、加速度之间的关系;然后,运用Kane法建立3-TPT并联机构的动力学方程;最后,在MATLAB环境下进行驱动力和时间关系的仿真分析。分析结果表明,3-TPT并联机构有效驱动力呈周期性变化,且在加速和减速阶段有突变,这会引起平台的震动。     

基于凯恩方程的新型并联机床动力学研究

新型并联机床是空间多环机构在机床领域的创造性应用,本文以凯恩方程为基础建立了该机床的封闭形式的动力学方程,该方程不使用动力学函数且不需求导运算,因而便于计算机实现,为对并联机床进行动态分析与设计提供了基础。     

一种2自由度柔顺移动并联机构研究及其在对接装置上应用

利用伪刚体模型研究了柔性曲梁的弹性回复力和刚度特性,推导出了柔性曲梁的直线刚度表达式,其结果表明通过改变曲梁的预变形量可以改善曲梁的刚度特性,使其具有近似线性化刚度特点。利用该特点,提出了一种双曲梁支链结构形式。结合伪刚体模型和螺旋理论,探讨了该双曲梁支链的自由度和运动特性,进而设计出了一种2自由度柔顺移动并联机构。根据机构运动特点,推导出了其简化运动学和动力学方程,给出了并联机构平台的工作空间和刚度性能,对并联机构平台的极限扭转力矩进行了研究,并制作了柔顺移动并联机构实物样机,对其运动特性进行了试验验证。最后,将2自由度柔顺移动并联机构应用于无人艇水样对接装置设计,利用ADAMS仿真了对接过程,结果表明,该装置能在有较大的径向平移偏差和角度偏差的情况下,完成公头和母头的柔顺对接。     

加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型简化研究

为解决刚体动力学模型的复杂性与控制系统的实时性之间的矛盾,对加减速运动条件下6-UPS型并联机床刚体动力学模型的简化进行了研究。首先采用Newton-Euler法建立了并联机床的刚体动力学模型,将模型分解为18项,并通过仿真分析了并联机床的刚体动力学特性。在此基础上,提出和检验了刚体动力学模型的简化策略。检验结果表明,提出的简化策略具有计算效率高、简化误差小的特点,为并联机床的精确实时控制奠定了基础。     

3UPS/S舰船稳定平台非惯性系动力学建模

舰船稳定平台实时检测并补偿船体在海浪中运动,为舰载设备提供对地稳定空间。稳定平台处于不断运动着的工作环境,准确高效的非惯性系动力学模型是提升稳定控制品质的重要前提。借鉴串并混联机构动力学建模过程,通过虚拟低阶参考系机构,将惯性系动力学研究方法扩展非惯性系当中,利用凯恩方法建立3UPS/S并联稳定平台非惯性系下动力学模型。为了验证建模方法的正确性,分别搭建Simulink/SimMechanics多体动力学仿真模型以及非惯性运动试验平台。试验结果表明,计算驱动力与实测驱动力在量值上相近且变化趋势一致,验证了动力学模型的合理性。     

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。     

3-PPR并联机构动力学建模与分析

通过齐次坐标变换构建三自由度并联机构3-PPR的完整运动学逆解,利用一阶影响系数法求解机构雅克比矩阵。采用拉格朗日功能平衡法推导出机构刚体动力学模型,对比典型工况下Matlab数值算例仿真与ADAMS虚拟仿真结果,验证了刚体动力学理论分析的正确性。联合ADAMS与ANSYS对机构进行柔性动力学分析,综合机构刚体和柔性动力学仿真,为完整动力学分析奠定了基础。这些内容为进一步研究该并联机构的动态特性、系统控制、误差分析等有着非常重要的意义,也可作为类似并联机构动力学研究的一般方法。