剪式机构线性阵列可展结构的动力学特性研究

基于笛卡儿坐标系建立了剪式机构线性阵列组成的可展结构动力学模型,利用运动副等约束条件建立了剪式可展结构的运动约束方程。采用Runge-Kutta法进行数值计算,获得了该种机构式结构运动过程中的速度和加速度等规律,绘制了阵列组合机构的运动曲线,为该种结构的应用奠定了基础。结果表明,剪式机构线性阵列在展开过程中具有不一致的水平速度。     

剪式机构阵列可展结构的静力学分析方法与应用研究

针对大型可展结构提出了一种新的结构静力学分析方法,克服了常规有限元方法在进行大型可展结构分析时计算量大、计算耗时长等缺点。首先建立了剪式单元机构的刚度矩阵,组装得到整体结构的刚度矩阵和有限元方程;然后通过等价变形,将总刚度矩阵表示成循环矩阵,有限元方程表示成离散卷积的形式;最后采用一种新的方法求解了卷积形式的平衡方程,得到了各铰链点的位移和约束力,提高了计算效率。     

一种剪式可展结构设计与动力学分析

针对机器人、空间结构等领域的应用,给出了一种三棱柱剪式可展结构的构型设计、传动方案设计及零部件详细设计。建立了考虑节点5个自由度的剪式铰单元有限元模型,对其刚度矩阵和质量矩阵进行了有效缩聚,减少了计算量;把剪式铰单元作为重复的子结构,建立了三棱柱剪式可展结构的有限元模型及其振动方程;在此基础上进行模态分析和仿真,得到前8阶固有频率及相应的振型曲线;并给出了三棱柱剪式可展结构的1阶固有频率随展开角的变化关系,为三棱柱剪式可展结构的优化设计和控制提供了依据。     

剪式单元可展机构静力学分析与拓扑优化设计

利用矩阵凝聚法,推导出了一种五自由度剪式单元的有限元模型,并对一种圆柱式折叠结构进行了静力学分析。将拓扑优化中的SIMP法引入到可展机构的优化设计中,对可展机构进行了拓扑优化研究。分别以结构柔度最小化和结构效率最大化作为优化目标函数,对圆柱式折叠结构进行了拓扑布局优化。优化后的结构质量大大减轻,而结构效率得到提高。对结构的动力学性能进行了探讨。研究结果对可展机构的轻量化设计有一定帮助。     

模块化可展天线机构展开动力学建模与运动规划

模块化可展开天线具有拓展灵活、通用性好、适应性强等特点,是满足未来天线大口径发展趋势的一种新型航天装备。为掌握模块化可展开天线展开过程的动态特性,提出一种六棱柱模块化可展开天线机构展开动力学建模及运动规划方法。首先,阐述了六棱柱模块化可展开天线的结构组成及展开原理,建立了天线机构数值仿真模型,研制了单模块原理样机,并验证了原理方案的正确性;其次,基于多刚体系统动力学Lagrange方法,建立了天线机构在展开过程的动力学模型,得到了缓释电机驱动力随展开时间的变化规律;最后,开展天线机构展开过程运动规划,建立了天线机构S型运动速度曲线模型。研究结果表明：运动规划减小了天线展开过程始末的速度突变,提高了天线展开过程的平稳性,为该构型天线的展开试验及工程应用提供了一种可供参考的速度控制方案。     

剪刀机构环形阵列可展结构的运动学与动力学研究

通过分析剪刀单元之间几何参数的关系,得到单元尺寸和单元数量与展开和收拢半径之间的约束条件;针对可展结构的组成特点,提出将单元机构法与运动影响系数法相结合,建立可展结构的运动学分析方法;将运动影响系数法与虚功原理相结合,形成了可展结构的动力学分析方法。通过算例证实了所建立的运动学和动力学分析方法的有效性。     

空间可展机构弹性动力学特性研究

将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线伸展机构。采用动力有限元法建立空间可展天线伸展机构的单支机构动力学模型,采用振型叠加法对该机构进行弹性动力学分析。分析后发现,各阶固有频率随展开角度的不断变大会发生交叉,得出了天线展开速度、结构参数对系统稳定性的影响规律。为研究可展机构振动稳定性条件提供必要的参考数据,并为该天线的伸展机构设计与结构参数优化提供了依据。     

剪叉可展机构腿的步行机设计及性能分析

从可展开的剪叉状连杆单元入手,利用其运动特性进行了步行机腿的构型设计,并就可展单元结构进行了物理性能分析,确定了步行机可展单元腿的基本构型;进行了可展机构腿的运动学分析,采用矢量法求解了腿部运动学正解,并给出了正解的解析表达式;同时与一般单开链两自由度连杆机构腿对比进行了承载能力分析,说明可展机构腿在行走作业时具有良好的克服非结构化路面的潜能以及良好的步态遍历性;根据运动学给出了腿部的工作空间,分析了工作空间内的力学分布情况;以四足步行机为例,进行了腿的尺度设计,给出了一种可展机构腿的整机实例。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

筝形直线可展机构及其动力学分析

将筝形直线机构与剪叉机构结合,提出一种仅含转动副的筝形直线可展单元,并设计得到一种筝形直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述了筝形直线可展机构的模块化组成原理,并将其分解为外部模块和中间模块,两种模块均由筝形直线可展单元构成;对单个的筝形直线可展机构进行运动学建模,结合其模块化组成原理,得到相邻模块间的运动学递推关系,并以此为基础,运用Lagrange方法建立筝形直线可展机构整体动力学模型;以6层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,通过设置末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。研究结果表明:当末端执行器的输出运动规律为正弦加速度曲线时,机构在整个运动过程中稳定性好,无冲击影响。     

混合机构式机器人的动力学建模及参数优化

建立了一种混合机构式机器人的动力学模型 ,并研究了其运动学性能。基于动力学参数对其运行速度有较大的影响 ,采用改进遗传算法对动力学参数进行了优化 ,得到了动力学参数的最优解 ,为机构设计和系统控制提供了理论依据。     

并联机构动力学建模及控制研究

为了系统地研究并联机构动力学特性,分析了4种基本建模方法（牛顿-欧拉方法、直接拉格朗日方法、拉格朗日-达朗贝尔方法和虚功原理方法）,总结了各种方法的优缺点。在此基础上,对动力学的3种控制算法（经典PD控制、机器人控制中常用的计算力矩控制以及数控加工中的先进轮廓控制）在并联机构上的应用进行了分析研究。针对开发的三自由度（3-DoF）纯平动并联机构Orthopod,采用拉格朗日-达朗贝尔方法进行了动力学建模,并对其进行了控制仿真。研究结果显示,轮廓控制在轮廓误差控制方面具有更好的性能,适合于雕刻机的控制应用。     

速度扰动对可展结构动力学的影响研究

在航天领域,由于运载火箭整流罩尺寸的限制,以及展开状态下低刚度天线难以承受发射时受到的载荷,所以可展结构在空间大型天线具有广泛的应用。可展结构在发射时保持折叠构型,当其到达指定的位置时需要展开,进而锁止保持一定的构型进行工作。但是可展结构进行工作时,不可避免的会受到速度的扰动,进而影响可展结构的工作精度。对可展结构基于绝对节点坐标法进行柔体描述,并建立结构动力学方程,运用Newmark数值法进行编程求解,分析了剪式单元可展结构受到速度扰动后,其结构动力学响应的问题,并得到了其响应曲线,研究结果对分析动力学控制具有重要的现实意义。     

并联机构动力学建模及控制策略的研究

在总结并联机构动力学分析目标的基础上,对并联机构的动力学建模方法,包括拉格朗日方法、牛顿-欧拉法、虚功原理、凯恩方程法等进行了比较研究,并对控制策略的研究现状进行了综述。     

平面二维移动可展机构动力学分析

提出一种新的仅含转动副的平面二维移动可展单元,经模块化组合与扩展后,构造出一种平面二维移动可展机构,该机构的执行构件可实现工作平面内的二维移动。在简述机构结构原理的基础上,分别对机构的运动学、动力学进行分析;最后,以三层平面二维移动可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。仿真结果表明:牛顿欧拉方法可对构件数量庞大但通过模块化叠加而形成的可展机构进行动力学建模,在求解机构运动或所需驱动力的基础上,还可求解得到全部运动副处的约束反力,从而提高其在移动可展机构中应用的可行性。     

从动轮式复合机构机器人滚行时的动力学建模研究

综合轮式和步行机器人的特点 ,提出了从动轮式腿轮复合机构机器人的设想。然后 ,使用广义 L agrange方程推导了系统的动力学特性方程 ,得出机器人直线滑行速度表达式 ,在理论上证明了该设想是可行的。同时 ,使用 EXCEL 97进行了系统运动速度仿真 ,研究了其直线滑行时的动力学性能 ,讨论了系统摩擦力的确定方法 ,得出一些相关结论     

网状可展开天线智能结构动力学建模及仿真

本文主要论述了加入智能结构的大型网状天线模型建立的问题,得出了该模型的动力学方程。通过算例说明了H∞控制方法的有效性。它能够增强系统的鲁棒性,并且使系统抑止干扰性能增强。     

花瓣式可展天线的结构分析

针对一种多刚体空间机构——花瓣式可展天线的花瓣数、每个花瓣的刚板数和结构参数的关系进行了分析研究。首先,根据空间机构自由度的计算公式,对不同情况下机构的自由度进行了计算,确定了每个花瓣的刚板数。然后,利用折叠状态下各刚板的几何关系,对各刚板的宽度进行了分析。最后,计算了该可展结构折叠状态时的体积,再利用各结构参数与体积的关系,分析比较后得到了可展结构的花瓣数。通过分析确定了花瓣式可展天线的多个结构参数。     

卫星可折展空间碎片防护机构动力学分析

针对传统 Whipple 防护结构占用空间大、质量较大、防护覆盖面积小,且充气防护结构重复利用性差、可靠性低等缺陷,设计了一种卫星可折展空间碎片防护机构。根据可折展铰链运动规律,结合 D-H 法对防护机构进行展开运动学分析;在此基础上,借助 Lagrange 动力学方程建立防护机构动力学模型;最后基于 ADAMS 建立仿真模型,将理论模型计算结果与仿真数值对比结合分析,验证了动力学模型的正确性,并对运动规律进行改进,提高了机构运动效率。     

环状可展机构运动学分析方法及应用研究

将Moore_Penrose广义逆理论与空间连杆机构的运动传递矩阵相结合,提出了一种多杆可展机构的运动学分析方法,利用Gan和Pellegrino方法得到了机构的运动约束方程以及约束方程的雅可比矩阵,依据雅可比矩阵的奇异性和欠秩特性,获得了机构运动参数的最小二乘解。以四杆可展机构为算例,揭示了构件的截面夹角对机构收拢角和展开角的影响规律,并获得了展开运动过程中构件间夹角的变化曲线,为环状可展机构的运动控制奠定了基础。