风洞模型强迫振动装置的动力学仿真研究

为了验证风洞模型强迫振动装置的结构参数取值的合理性,建立了强迫振动装置的动力学方程及相对应的模型,并用MATLAB／SIMULINK软件进行仿真分析;装置中部分构件之间存在摩擦,并且具有一定的刚度,由于风洞模型强迫振动装置是一种精度要求很高的系统,为保证计算结果的准确性,在建立强迫振动装置的动力学方程时必须考虑这些因素;当高度调节机构处于极限工况时,计算结果表明：伺服电机的最大驱动力矩为8．2N·m,小于伺服电机的额定驱动力矩9．23N·m,强迫振动装置的结构参数取值是合理的,并且有优化的空间。     

3-DOF并联机械腿动力学建模与伺服电机峰值预估

提出了一种结构紧凑、承载能力大、转动解耦性好、运动速度和加速度大的3自由度并联机械腿.为了对其进行驱动参数分析,对机械腿进行了动力学建模,并基于动力学模型进行了伺服电机峰值预估.首先,分析了腿部机构各构件的运动参数,采用Lagrange方程建立了动力学模型,得出了机构驱动力的显式解;接着,在机构动力学模型的基础上,建立了伺服电机驱动转速和驱动力矩的峰值预估模型;最后,通过给定一组结构参数和运动轨迹函数,得出了伺服电机驱动转速和驱动力矩随时间变化曲线,得到了机构的动力学特性,并验证了峰值预估模型的正确性.计算表明,3个伺服电机驱动转速的峰值分别为Nx=19 r/s、Ny=17 r/s、Nw=27 r/s;3个伺服电机驱动力矩的峰值分别为εx=5.8N·m、εy=3.1 N·m、εw=4.4 N·m.     

助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程动力学研究

为研究助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程中各关节的驱动力矩,将助力下肢外骨骼视为三自由度的刚性结构系统,建立动力学模型。以达朗贝尔定理推导出双膝蹲-起立过程动力学表达式。为实现助力下肢外骨骼与人体高度偕行,对人体双膝蹲-起立运动过程进行实验分析,以MATLAB为平台分别对负重40kg和无负重下肢外骨骼各关节驱动力矩进行数值计算。根据分析结果得,膝关节在负重40kg时驱动力矩最大,峰值为209.20N·m,平均为75.85N·m;髋、踝关节驱动力矩相对较小,工作能耗低,在无负重状态下仍需9.87N·m和38.80N·m的驱动力矩,能量损失较多;踝关节为保持稳定性导致有较大波动。     

轮毂打磨5-DOF机械臂动力学建模与驱动参数预估

提出了一种基于2-UPS+UPU机构的5-DOF机械臂,建立了机械臂的手腕运动状态与其关节驱动参数之间的传递方程显式表达式,从而得到机械臂的伺服电机驱动参数峰值预估模型,计算出各伺服电机中的驱动转速最大理论值为25.1r/s,驱动力矩最大理论值为6.2N*m。以一组具体的结构参数作为算例,计算出伺服电机中的驱动转速最大值为18.7r/s,驱动力矩最大值为4.73N*m,算例伺服电机选型的预估功率为700W,证明了伺服电机峰值驱动参数预估模型的合理性。     

球面二自由度冗余驱动并联机器人系统动力学参数辨识及控制

以伺服电机驱动的球面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,首先,建立了机构惯性参数辨识模型,并规划了惯性参数辨识轨迹;其次,建立了机构运动副摩擦参数辨识模型和驱动系统的摩擦参数辨识模型,分别分析了二者的辨识原理,并规划了摩擦参数辨识轨迹;再次,通过辨识实验得到了机构惯性参数、机构转动副摩擦参数和驱动系统摩擦参数的辨识结果,利用辨识结果对原机构参数进行修正,获得了更为准确的机器人系统动力学模型,并通过轨迹测试实验,对辨识结果进行了验证;最后,制定了基于机器人系统动力学模型的前馈控制策略,与传统的机构运动学闭环控制策略进行实验对比,验证了该控制策略的可行性。     

动力学参数辨识的SCARA机器人PTP加速度优化

针对SCARA机器人高速运动时驱动力矩超限对减速机造成损伤的问题,提出一种基于动力学参数辨识的PTP加速度优化方法。通过对粘滞+库伦摩擦模型进行改进得到更好的表征高速运动时的摩擦模型,并由激励轨迹最小二乘法完成SCARA机器人改进后动力学模型参数辨识。进一步通过改进的动力学模型对SCARA机器人的PTP运动进行力矩预测,选取合适的迭代步长通过寻优算法得到最优的PTP加速度。ADAMS仿真和力矩预测实验表明,改进后的SCARA机器人动力学模型具有更高的力矩预测精度,加速度寻优算法平均耗时8 ms满足工程实时性要求,所得最优加速度在保证运行效率不降低的同时使得多点位PTP运动峰值转矩从112.2 N·m降低到了84.19 N·m,有效的提高减速机的使用寿命。     

防波板连杆机构启闭过程动态优化设计

随着潜航器功能的复杂化,其内部可用空间高度紧张,可携带的能源受到极大的限制。为减少潜航器防波板启闭机构能源消耗及空间尺寸,针对防波板启闭机构开展了受力状态分析,基于Fluent仿真分析了防波板开启过程中所受的水动力,得到防波板水动力-开度函数,由此搭建了防波板启闭机构ADAMS动力学模型,基于控制变量法分析了不同结构参数条件下,防波板启闭全过程所需驱动力矩的变化规律,得出了使得防波板启闭全过程驱动力矩较小的结构参数。结果表明：采用优化结构参数后,其最大驱动力矩减小为8.812 kN·m,较现有结构最大驱动力矩(17.934 kN·m)减少了50.86%,优化效果较为显著。工作综合考虑了防波板启闭全过程中的动态受力情况,并优化得出了防波板启闭全过程驱动力矩均较小的结构参数,该方法对同类结构的全过程动态设计有借鉴意义。     

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。     

基于ADAMS的四连杆机构驱动电机参数确定方法

四连杆机构的驱动力矩和等效转动惯量是确定驱动电机参数的重要依据。采用SolidWorks软件建立了四连杆机构及所带负载的实物模型,并将其导入ADAMS软件进行运动学和动力学仿真,分析了驱动力矩和等效转动惯量在运动周期内的变化规律,为确定驱动电机参数提供了依据。实践表明,采用该方法确定驱动电机参数比采用传统的解析方法更具优势,可极大地减少工作量。     

连铸结晶器非正弦振动装置建模与固有特性分析

为实现机械系统驱动的结晶器非正弦振动波形偏斜率的在线调节,设计出一种双伺服电机驱动的结晶器非正弦振动装置。阐述其工作原理,建立三维模型并进行运 动学仿真;建立扭转-平移耦合动力学模型,推导其动力学方程。研究表明,非正弦振动系统的质量矩阵是常量,刚度矩阵、阻尼矩阵随时间周期性变化。最后,基于瞬时机构凝固法,分析了系统偏心轴的转角、振幅、构件惯性参数及刚度对其固有频率的影响。