空间刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真

为研究柔性构件对系统运动特性的影响,对空间3-RRRU并联机器人进行了动力学建模及耦合特性的仿真分析。应用矢量闭环法对空间并联机构的逆运动学进行求解,推导出各个构件位置、速度、加速度的变化规律;根据第一类Lagrange方程建立空间全刚性并联机器人的逆动力学模型;运用MATLAB软件对空间并联机构进行仿真,并对动力学数值结果和仿真结果进行对比,以验证模型的正确性。基于ANSYS软件和ADAMS软件,对空间并联机构中的空间梁单元进行柔性替换,通过建立空间刚柔耦合并联机器人模型,分析机构在运动状态下展现出的耦合特性,并与空间全刚性并联机器人进行比较。结果表明:两类模型的末端执行器的运动趋势一致,轨迹误差在0.000 7～0.419 4 mm范围内;梁单元产生的弹性变形对系统运动性能产生了重要影响,因此,建立正确的刚柔耦合动力学模型具有重要的指导意义。     

刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究

并联机构在运动过程中存在弹性变形和刚柔耦合效应,对机构的运动及其稳定性具有较大影响。针对上述问题,以3自由度刚柔耦合并联机器人为研究对象,基于线性多体系统传递矩阵法(线性MSTMM)建立了刚柔耦合并联机器人多体系统模型和拓扑结构模型,推导了整体系统的空间转换方程和动力学方程;通过Matlab软件建立了机器人SimMechanics仿真模型,并基于PID控制策略对机器人进行了轨迹跟踪的仿真研究。结果表明,机器人末端输出的实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合,机器人系统运动相对稳定,验证了该建模方法的正确性和有效性,为进一步对并联机构进行研究提供了一定的理论依据。     

基于刚柔耦合的四足机器人动力性能研究

利用刚柔耦合动力学仿真分析方法对四足机器人进行研究。建立柔性体模型,利用ANSYS与ADAMS软件建立四足机器人刚柔耦合动力学模型,分析弹性变形仿真与纯刚体仿真两种情况下对机器人行走步态产生的影响;同时重点分析机器人行走过程中的应力应变。结果表明刚柔耦合建模与实际情况更加相近,更加真实地反映出了机器人的工作性能,为四足机器人进一步的步态规划、结构设计与优化提供了重要依据。     

基于Modelica的超精密隔振系统多领域建模与仿真

超精密隔振系统是由机械、电气和流体装置组成的复杂机电系统,为实现多领域统一建模仿真,选择Modelica语言进行建模。采用模块化建模方法将隔振系统自顶向下进行分解,基于Modelica分别建立各元部件的动力学模型。以此为基础建立了隔振单元及控制系统的模型,最终组建了系统级多领域仿真模型,实现模型的仿真及结果输出;与实验所测数据进行比对,结果基本一致,验证了模型的准确性及有效性,对于精密隔振系统的动力学性能研究具有非常重要的意义。     

基于刚柔耦合模型的重载搬运机器人动力学仿真分析与结构优化

为准确分析重载搬运机器人结构设计的优劣,基于多体动力学软件ADAMS建立了重载搬运机器人的刚柔耦合多体动力学模型。由此模型对重载搬运机器人进行了重载搬运典型工况下的动力学仿真,分析了不同电动机控制方法的优劣,以及重载搬运机器人在动作过程中的振动偏移情况。根据分析结果对重载搬运机器人结构进行了改进优化,并结合优化后刚柔耦合模型的动力学仿真验证了结构优化的有效性。所应用的建模及分析方法简便可靠,提高了工作效率,具有一定的工程实用价值。     

直角坐标机器人刚柔耦合动力学仿真分析

由于机器人在运行过程中受到诸多因素影响,使其动态性能不稳定,严重影响了机器人的可靠性和安全性。以直角坐标机器人为研究对象,基于多体系统动力学理论得到直角坐标机器人刚柔耦合动力学方程。应用ANSYS和ADAMS软件建立直角坐标机器人刚柔耦合模型,进行不同工作速度和不同负载下的动力学仿真分析。分析可知,在同样增大4倍的情况下,工作速度的变化比末端负载的变化对直角坐标机器人末端动态性能的影响更明显。     

基于SAMCEF的四自由度并联机器人动力学建模与仿真

利用SAMCEF软件进行了Cross-IV四自由度并联机器人的建模与仿真。首先,利用SolidWorks模型建立了机器人的三维实体模型,并通过运动学逆解模型计算得到驱动轴转角参数。然后,利用SAMCEF软件建立了机器人的多刚体动力学模型和刚柔混合动力学模型,并进行了仿真分析,研究机器人在实际运动过程中杆件的弹性变形对末端轨迹精度的影响,从而预估机器人的动态特性。     

基于ADAMS和ANSYS的2UPS-RPU并联机构的弹性动力学建模与仿真

以2UPS-RPU并联机构为研究对象,首先利用有限元理论建立柔性杆件的空间梁单元动力学方程,再结合各支链约束条件,运用弹性动力学理论和Lagrange方程,推导出2UPS-RPU并联机构的弹性动力学方程,结合动力学仿真软件ADAMS和有限元软件ANSYS各自的优点,通过模态中性文件和载荷谱数据的传递,首次建立了2UPS-RPU并联机构的刚柔耦合体模型,并对该模型进行了动力学仿真研究,分别对比刚性体模型和刚柔耦合体模型的仿真结果。结果表明,刚柔耦合体模型的仿真结果更加真实、准确地反映了机构的动态性能,提高了仿真精度,也验证了CAE软件仿真方法的快速简洁性和有效性。     

3-PUS并联机构刚柔耦合模型动力学仿真分析

以柔性体理论为基础,使用多体动力学仿真软件A D A M S和有限元分析软件A N SY S建立了3-PU S并联机构的刚柔耦合模型,对3-PU S并联机构的刚柔耦合模型和多刚体模型进行了仿真和分析。结果表明,在仿真运动开始的瞬间,刚柔耦合模型中动平台的速度、位移和铰接处的应力均有一定频率的波动现象,反映了该并联机构实际的动态特性,为并联机构的进一步的设计、优化和校核提供了依据。     

某汽车鼓式制动器虚拟样机的建模与仿真分析

为研究鼓式制动器的模拟仿真情况,将摩擦片分别视为刚性体和柔性体。基于多体动力学分析软件ADAMS和有限元软件ANSYS,提出鼓式制动器多刚体模型和刚柔耦合模型的建立方法,得到制动性能仿真结果,然后分别与理论制动力矩相对比。结果验证了模型的正确性,且刚柔耦合建模方式更加合理。     

夹持机械手刚柔耦合虚拟样机建模及性能分析

为了准确分析夹持机械手动力学性能,需要考虑柔性体弹性变形对夹持机械手动态特性的影响。鉴于物理样机实验成本较高且设计周期较长,提出一种夹持机械手刚柔耦合虚拟样机建模方法。首先用Solid Works软件进行夹持机械手三维实体建模;其次将模型导入ANSYS软件,分析确定主要柔性体并生成其模态中性文件;接着用模态中性文件替换ADAMS刚体模型中相应的刚性部件,完成夹持机械手刚柔耦合虚拟样机建模;最后对所建模型进行动力学仿真,对比分析仿真结果,验证了模型的正确性。研究表明,对夹持机械手等大型机械系统进行动力学分析时,构件的弹性变形不可忽略,采用刚柔耦合动力学建模方法能够更加深刻地揭示夹持机械手的固有动力学特性。     

基于Modelica的磁流变制动器多领域建模与仿真

针对磁流变制动器的多领域耦合建模问题,对磁流变制动器的工作原理和多领域模型的构建进行了研究。基于Modelica/MWorks平台,采用多领域统一建模方法,建立了磁流变制动器的多领域统一模型。分析了结构参数、磁路参数、材料特性、工作间隙、转轴转速和励磁电流等因素对制动性能的影响,并对磁流变制动器在不同参数下的制动性能进行了仿真;同时,设计并制造了一款用于微型汽车的单盘式磁流变制动器,搭建了制动器性能测试平台,将实验结果与仿真结果进行了比较,两者基本吻合。研究结果表明,用多领域统一建模的方法构建的磁流变制动器模型具有较高的精确性,该建模仿真方法为磁流变制动器后续的优化设计及产品开发奠定了基础,对其他磁流变装置的研究开发也具有借鉴作用。     

基于Dymola的电机-连杆机构建模与仿真研究

Dymola是采用统一建模语言Modelica对多领域的物理系统建模与仿真的平台。本文在Dymola中的多体运动库和电气元件库的基础上,建立了面向对象的电机-连杆机构的Modelica模型,并进行了仿真分析。结果显示Dymola能够充分仿真出电气参数对机械系统动态运动过程的影响,适合作为跨领域的机电系统仿真平台。     

基于统一建模语言的仿真模型参数试验研究

分析多领域物理系统统一建模技术的基础上,针对Modelica模型参数试验分析的关键技术,研究了两种模型试验方案构建的方法,一种是基于模型的编译信息的启发式方法,另一种利用Modelica统一语言表达来构建模型试验方案。研究实现了模型试验仿真求解过程。以数值模型和某耦合离合器模型参数试验验证了方法的有效性。从而为研究仿真模型参数之间耦合关系提供了有效方法和工具。     

门座起重机刚柔-机电耦合动力学研究

为了获得可信度更高的起重机动力学分析数据,提出了在刚柔耦合机械系统虚拟样机模型的基础上,综合考虑刚柔-机电耦合作用的系统建模和仿真分析方法,针对组合臂架门座起重机的变幅系统,利用ADAMS和Matlab/Simulink软件,分别建立起机械系统模型和机电传动控制系统模型,并对变幅工况进行机电一体化联合仿真,获得了速度和应力的分析数据,发现了变幅过程中动态特性受相关因素影响的真实面貌。仿真结果也证明了运用刚柔-机电耦合虚拟样机技术,可以获得与实际运行情况更为接近的载荷谱的可行性,为完成更加精确的疲劳寿命预测提供依据。     

六自由度并联机器人动力学仿真与位置误差分析

以六自由度并联机器人为研究对象,在ADAMS软件中建立其完整虚拟样机模型,利用这一模型进行运动学和动力学分析。在考虑铰链柔性的前提下,建立机器人的刚柔耦合动力学模型,分析运行速度和载荷变化对机器人末端定位精度的影响。所做研究可为并联机器人的设计提供理论依据和参考。     

考虑构架柔性的高速车辆曲线通过性能研究

基于多体动力学软件UM建立了CRH2型车的多刚体模型,并将构架考虑成柔性体替换多刚体模型的刚体构架,建立CRH2型车的刚柔耦合模型。分析了车辆在通过曲线时多刚体动力学模型和刚柔耦合动力学模型的动态特性。计算了车辆在不同曲线半径、不同曲线超高、不同长度缓和曲线下多刚体模型和刚柔耦合模型各项安全性指标的差异。仿真表明,一定程度增大曲线半径、提高曲线超高、增加曲线长度有利于提高曲线通过的安全性,并且刚柔耦合模型比多刚体模型有更好的曲线通过性能,建议分析曲线通过性能时考虑构架柔性因素。     

2-UPR-RPU并联机器人的动力学建模与性能分析

动力学建模和性能分析是并联机器人设计中的研究重点。以2-UPR-RPU三自由度并联机器人(U:虎克铰,P:移动副,R:转动副)为研究对象,采用螺旋理论对其进行动力学建模与性能分析。基于闭环矢量法建立2-UPR-RPU并联机器人的运动学逆解模型。采用螺旋理论分析2-UPR-RPU并联机器人分支中各个关节和杆件的速度和加速度,结合虚功原理计算2-UPR-RPU并联机器人运动时的驱动力,并通过ADAMS软件进行数值仿真验证。基于动力学模型分析2-UPR-RPU并联机器人的动态可操作度椭球指标,获得2-UPR-RPU并联机器人在不同操作高度下的转动和移动动态性能分布图谱,为机构的样机设计提供参考依据。2-UPR-RPU并联机器人的动力学建模和性能分析为实现机构在实际操作中的高效高精度控制提供了重要的基础保证。     

基于ANSYS与ADAMS的并联机构刚柔耦合体动力学分析

介绍了一种基于ANSYS与ADAMS的刚柔耦合体系统动力学仿真方法,论述了多柔体动力学的理论基础、柔性体模型的定义方法、系统动力学特性的仿真流程。最后通过建立一种三自由度并联机构的刚柔偶合体动力学模型并对其进行仿真、分析,证明了这种方法的有效性。     

多体动力学模型的Modelica语言建模

对Adams多体模型结构及Modelica模型的转换方法进行了研究。对多体动力学模型结构及建模方式进行分析,根据Adams多体模型结构设计了对应的Modelica多体模型结构。研究了Adams多体模型各组件包含的信息,以及与Modelica模型的异同,提出了各多体组件的转换方法。最后给出了多体模型转换验证实例与结果。该研究有助于提高多领域仿真系统的多体建模效率及与传统多体系统的兼容性。