基于D-H算法的棉桶更换复合机器人运动学建模与仿真分析

文章以棉桶更换复合机器人为研究对象,根据研究作业工艺需要,建立了作业平面坐标系;采用D-H算法建立复合机器人抓握棉桶运动数学模型,运用MTALAB软件获得棉桶作业空间轨迹集合;利用Robotics Toolbox工具箱建立复合机器人仿真模型,进行轨迹规划。对仿真结果分析表明,作业空间轨迹集合包含了棉桶更换作业规定的作业路径,末端运行轨迹连续平滑,各关节运动平稳,无干涉,满足棉桶搬运与更换作业要求。     

棉桶更换机器人前臂有限元分析及拓扑优化

由于复合机器人受AGV承载、锂电电源功耗与自重设计限制,4轴机器人设计轻量化是其关键。前臂是棉桶更换复合机器人关键部件之一,文章以此为研究对象,在考虑满足设计强度、刚度的条件下,以前臂结构轻量化为首要设计考虑因素,建立前臂实体三位模型,利用有限元分析软件ANSYS对前臂做静力学分析,获得危险工况下的应力和位移变化特性;采用Opti Struct软件对前臂进行拓扑优化,依据拓扑优化结果完成前臂结构的改进设计,并对优化后的模型做静力学分析。研究结果表明,优化后的设计方案最大应力、位移均有所减小;在满足强度、刚度设计要求的情况下,前臂重量减少18.4%,较好地实现了前臂轻量化目标,为课题后续产品研制提供了技术支持,也为同类技术产品设计提供了借鉴。     

基于有限元技术的某微型车转向支架拓扑优化的研究

针对某微型车转向支架在道路试验中损坏的现象,应用有限元ABAQUS软件进行强度分析,根据得到的应力云图和位移云图,找出了破坏的位置.根据分析结果,利用Optistruct优化工具的连续体结构拓扑优化技术进行优化设计.通过对优化前后的支架应力对比,优化后最大应力小于屈服应力.结合台架试验和疲劳寿命分析,优化后的支架满足性能要求,并已成功应用到该车型的生产中.     

一种斜导面码垛机器人结构静力学分析研究

简要分析目前码垛机器人基本状况,介绍一款结构新颖的斜导面码垛机器人。针对斜面倾角参数进行整机静力学分析,得到最优斜面倾角为θ=26°;然后对处于最优倾角的整机进行有限元分析及改进。分析结果表明,整机最大等效应力、位移均比改进前有所减小。通过结构静力学分析及改进,整机末端静刚度、位置精度均得到有效的提升,具有受力结构好、导轨移动行程大、结构紧凑的特点,能一定程度上降低驱动能耗以及制造成本,具有好的市场前景。     

基于灵敏度分析的工业机器人动态优化设计

建立了6自由度工业机器人的有限元模型,通过对该有限元模型进行模态分析和谐响应分析,得到模态参数、振动位移和应力云图,确定了影响工业机器人动态性能的关键模态频率和薄弱环节应力,并以此作为优化目标,对主要结构参数进行灵敏度分析,得到对频率和应力敏感而对质量影响不大的结构参数,从而确定工业机器人动态优化的设计变量。最后,以灵敏度分析得到的结构参数为设计变量进行优化设计,得出了最优方案。分析表明,经过该动态优化方法,工业机器人质量仅增加0.3%,薄弱环节最大等效应力降低了22.8%,一阶固有频率增长了8.5%,保证质量基本不变的前提下,改善工业机器人结构的动态特性和力学性能,为工业机器人动态优化设计提供理论依据。     

海浪冲击对Y形输液管道流固耦合振动的影响分析

为研究海浪的周期性冲击对深海中输液管道流固耦合振动的影响,采用FEA方法对内、外流体单独作用以及共同作用下Y形管道系统结构分支处的振动特性进行仿真分析。结果表明:海浪的周期性冲击载荷加剧了管道系统分支处内部流体的压力波动、增大了分支处结构振动的最大位移量和其所承受的最大等效应力;随着内流体压力波动的加剧,管道分支处振动的最大位移量和其所承受的最大等效应力均先减小到一定值再增大;海浪的冲击频率与内流体压力波动、管道分支处振动的最大位移量与其所承受的最大等效应力,均呈正比例关系。     

水锤效应对石灰乳管道的影响及解决措施

本文采用有限元分析软件ANSYS对石灰乳管道的跌落和变形移位的问题进行分析,通过在有无水锤效应时的三个方向最大位移和最大等效应力对比分析,得出了水锤效应是引起该问题的直接因素。采用了消除水锤效应的措施,在管道适当位置添加了固定支架,并对其再次进行ANSYS分析,分析结果表明此次添加管道支架是可行的措施,满足实际需要。     

微型移动龙门式铣床结构优化设计

针对某微型移动龙门式数控铣床的结构薄弱处,提出一种基于拓扑优化以及正交试验设计方法的整机优化设计方法。首先,建立其本体有限元模型,在具体工况下对其进行了静力学分析,得到了位移、应力云图;通过模态分析,得到其前十阶模态固有频率和主振型。根据有限元分析结果,基于拓扑优化原理,以最小应变能为目标函数,立柱质量为约束条件,对微型铣床立柱进行了优化设计;采用正交试验的方法,以工作台自重下最大位移为优化目标,T形槽大小、槽间距、工作台厚度和工作台支撑面积为设计变量,对工作台进行了优化设计。最后对优化后整机结构进行了有限元仿真,结果表明优化后整机静动态性能有了明显提高。     

复合轮式机器人运动控制数学建模与实验研究

针对棉纺车间棉桶搬运更换机械化作业技术要求,改善固定式4轴棉桶搬运机器人(Cotton Barrel Handling Robot,CBHR)的作业局限性,提高CBHR的有效利用率,文章研制了一种以自动导引车(Automatic Guided Vehicle,AGV)作为CBHR安装平台的复合轮式机器人(Composite Wheeled Robot,CWR),实现其作业时行走运动;探讨了复合轮式机器人抗倾覆的必要条件,建立了CWR速度调节与方向纠偏的数学模型。引入驱动电机速度运行控制参量,分析了CWR机器人运动速度、定位精度影响因素与获得稳定运动特性的控制规律;对实验样机运行测试研究表明,文章提出的运行速度调节方法正确,速度调节、定位精度满足作业技术要求。     

轮胎活络模及花纹块顺序热力耦合分析

以X1188型号轮胎活络模为例,运用ABAQUS有限元软件进行顺序热力耦合分析,得到轮胎活络模整体及花纹块的等效应力和位移分布云图,并分析力的作用机理。通过结构优化的方法对比分析,得出花纹块腰带厚度增大,腰带下端面的等效应力减小,中间区域变化明显,应力分布均匀性降低;对花纹块肩部和底部倒角,花纹块整体等效应力降低,缓解应力集中情况。     

基于曲面分层的大型螺旋桨GMA增材制造

为了实现曲面复杂零件的高精度高效率增材制造,开发了高适应性的曲面分层算法.采用从空间角加权法向方向平移三角网格控制点的策略,生成与初始分层曲面等距的曲面簇,与模型求交运算,从而获得了每层曲面切片轮廓.在此基础上,使用基于体素化和曲面积分思想的曲面等距路径规划算法,获得了分层曲面上的等距轮廓偏置路径,保证了零件曲面轮廓的成形精度并进行了试验验证. 试验采用六轴机器人与旋倾变位机作为运动机构,使用熔化极气体保护电弧(gas metal arc,GMA)增材制造方法,在一个外径为0.2 m的圆柱金属管上,实际堆敷了直径1 m的扭转棱形螺旋桨.经过扫描检测和模型比对,得到桨叶的成形尺寸标准偏差为1.1 mm,最大偏差在3.0 mm以下.结果表明,对于特定曲面零件如螺旋桨的增材制造,曲面分层算法可以提高成形的效率和表面质量.     

Tube/tube joining technology by using rotary swaging forming method

With the development of the manufacturing technology, a challenge has been proposed on the joining of difficult welding materials and the poor connection interface of materials. In this paper, rotary swaging technology is utilized as a joining by plastic deformation forming method to join tube/tube parts with different diameters. Experimental set-up of rotary swaging forming was designed and fabricated, in which the forging energy can be adjusted by changing the rotation speed of AC server motor. The rotary swaging model and tension testing model are established by using FE simulation software Forge 2D. The effects of forming parameters on the tension strength of the joined tubes and the joining mechanism are investigated. The results show that a concave arc joint can be formed at the overlapping parts of the tubes. To obtain the high joining strength, the distance from the end of the inner tube to the center of the hammer die need to exceed a certain value. The maximum strain and stress occur at the concave arc joining region in which the thickness variation of the two joined tubes is small. To exam the joining strength, the tension test was performed. The two tubes tend to slide out during tension process and the maximum stress occurs at the relative sliding region. The ratio on tensile load of the joined tubes to the maximum tensile load of the single tube can reach to 68% for the inner tube and 47% for the outer tube. Therefore, the joining strength of the tube/tube parts, formed by using rotary swaging method, is enough high.     

Effect of particle characteristics on deformation of particle reinforced metal matrix composites

The particle characteristics of 15% SiC particles reinforced metal matrix composites (MMC) made by powder metallurgy route were studied by using a statistical method. In the analysis, the approach for estimation of the characteristics of particles was presented. The study was carried out by using the mathematic software MATLAB to calculate the area and perimeter of each particle, in which the image processing technique was employed. Based on the calculations, the sizes and shape factors of each particle were investigated respectively. Additionally, the finite element model (FEM) was established on the basis of the actual microstructure. The contour plots of von Mises effective stress and strain in matrix and particles were presented in calculations for considering the influence of microstructure on the deformation behavior of MMC. Moreover, the contour maps of the maximum stress of particles and the maximum plastic strain of matrix in the vicinity of particles were introduced respectively.     

板状阀芯旋转式四通换向阀

设计一种新型板状阀芯旋转式四通换向阀,介绍其工作原理和阀口特征,对该液压转阀的静态特性、受力情况和频响特性进行详细分析。研究结果表明:该液压转阀结构新颖,轴向液动力小,过流面积和旋转阀芯角位移严格呈正比,线性度好,增益恒定;调整合适的阻尼系数可以兼顾转阀工作的稳定性和快速性。     

一种并联机器人机构运动特性优化研究

针对并联机器人工作空间的最大化,提出一种具有四自由度的并联机器人机构模型,该并联机器人具有几何对称、运动学简单、平移工作空间沿直线导轨方向无限扩展等优点。采用投影法简化位移分析,采用闭环矢量法分析并联机器人机构瞬时运动学特性。通过对雅可比矩阵的秩分析,确定雅可比矩阵的正向奇异构型、逆向奇异构型、组合奇异构型和局部奇异构型,研究具有偏置角的远端平行四边形的局部奇异特性。在工作空间分析的基础上,建立以机构所占最大面积为目标函数的优化模型,并采用遗传算法优化设计参数,结果表明当偏移角为15°时,可达工作空间总体增加了17%。     

基于多阈值与神经网络的旋转电弧图像飞溅分析

为探究旋转电弧飞溅产生原因及规律,针对高速相机采集的旋转电弧平堆焊的焊接图像,提出了一种基于掩膜的多阈值与BP(back propagation)神经网络组合方法识别焊接飞溅．多阈值法获取飞溅位置及其轮廓,再通过建立5特征值的BP神经网络模型识别飞溅．结果表明,对于具有灰度分布范围大、背景复杂的旋转电弧飞溅图像,该组合方法的识别准确率可达95.76%．同时,通过飞溅与焊丝位置的相位分析,飞溅最大数量相位均值为241.4°,即焊丝末端进入熔池后约0.14周期位置,主要是由焊丝末端熔滴与熔池接触导致电流激增,电流抑制不充分造成,该研究结果为旋转电弧焊接飞溅控制提供了依据．     

转速对风机叶片位移和应力的影响

以NREL 5MW风力机为研究对象,基于ANSYS Workbench平台建立风力机叶片流固耦合数值模型,研究风力机叶片位移、应力随转速的变化规律,并利用Fourier函数拟合不同转速下叶片最大位移和应力数据。结果表明：叶片的位移、应力响应均随转速增加,峰值左移,在相同时间内完成周期增多,峰值增大但增幅减小;随转速增加,位移呈现出从叶根向叶尖递增的分布,而叶片最大应力集中在中部和根部;叶片最大应力、位移随转速变化的曲线呈现S型,Fourier拟合曲线较好地反映了叶片响应规律。该研究结果为风力机安全运行提供了参考。     

面向机器人加工复杂轮廓误差控制的策略研究

针对机器人加工复杂曲面零件,提出一种面向加工轮廓误差的控制策略。通过向量的形式定义了机器人加工任务的轮廓误差,结合双向搜索、斐波那契搜索和球面线性插补算法,对机器人轮廓误差进行了估计;在此基础上通过将加权轮廓误差分量补偿到机器人任务空间的速度指令中,设计了机器人加工任务的轮廓控制策略。实验结果表明：对于位置和姿态轮廓误差,估计值与真实值的差异非常小,且与单纯的跟踪控制相比,位置和方向轮廓平均误差大约降低了30%,验证了所提加工轮廓误差控制策略的有效性。     

套管滚压整形力学分析及单次整形极限研究

滚珠整形器在变形套管修复中应用越来越广泛,而整形时常凭经验确定整形量,若单次整形量过大极易造成套管损坏。为此,给出套管单次整形极限研究方法,采用多线性等向强化模型,考虑套管的材料和接触双重非线性特性,建立了滚压整形缩径变形套管有限元模型,给出了求解策略,并采用试验研究的方法验证了数值模型的合理性。揭示了不同整形量对套管塑性位移及应力分布的影响规律,研究了不同轴向变形长度套管单次整形极限。结果表明:随着套管整形量的增大,套管最大等效应力、塑性位移和残余应力均增大;随着套管轴向变形长度的增大,单次整形极限有减小的趋势,单次整形量最大值不能超过3.6 mm。研究结果可为滚压整形变形套管现场施工提供理论指导。