欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

3-DOF索杆桁架式欠驱动机械手运动控制

索杆桁架式机械手是将绳轮传动系统和平行四边形机构结合而提出的一种新型欠驱动机械手。绳索驱动力同时驱动手指关节耦合运动,而手指关节运动又会直接改变绳拉力在各指节单元的驱动力分布,导致索杆桁架式欠驱动系统具有强非线性和运动耦合特点。针对该问题,利用虚功原理,将绳轮传动系统等效为耦合的关节驱动力矩,并建立3-DOF手指准静态运动学模型。根据手指最大运动空间约束条件,确定关节弹簧配置分布并开展手指准静态运动空间分析。采用拉格朗日方程法建立手指一般动力学方程,并转换为"A-P"型等效动力学模型。在此基础上,开展预变形阶段运动控制研究。通过仿真分析和样机试验验证所提分析方法和运动控制策略的有效性。     

考虑运动副摩擦时平面闭链五杆机构逆动力学分析

提出一种修正的指数摩擦模型,给出了摩擦系数与速度的关系式,避免了速度零点的多值问题,建立了机构运动副摩擦的数学模型。建立了包含运动副摩擦的平面闭链五杆机构的逆动力学模型,并给出了一种迭代求解方法,可得到运动副的约束力、驱动力和运动副摩擦力矩。在相同运动规律下,对计入和不计入运动副摩擦两种情形进行驱动力矩的比较。仿真结果表明:两种情形下的驱动力矩有较明显的差异,在速度反向区,运动副摩擦力矩的变化剧烈,对机构驱动力矩的影响最大,在机构运行速度较低时,这种现象更为明显。     

基于并行计算的平面可调五杆机构动力学解析模型与仿真

基于凯恩动力学方程、数字-符号方法和并行计算建立了杆长和惯性参数可变平面可调五杆机构的动力学解析模型,并对驱动构件质量和杆长对驱动力/力矩的影响进行了仿真分析。将动力学模型的推导问题转化为特定条件下运用运动学和动力学计算公式求解机构驱动力矩的问题,并将广义坐标以及驱动构件杆长和惯性参数作为符号量,导出了模型矩阵元素数字-符号表达式。     

6-TPS并联机构动力学分析

建立了6-TPS并联机构全部构件和关节与动平台速度加速度的解析关系。用凯恩法建立机构运动微分方程,该方程采用了机构输出速度作为独立变量,可作为动力学控制模型对机构进行完全闭环控制。利用矩阵范数导出了主动关节驱动力相对变化量与惯量矩阵以及加速度相对变化量之间的摄动关系,提出量化机构加速度性能和动力学优化的指标。通过实例得出机构加速度性能指标是以惯量矩阵在工作空间的奇异轨迹为极限的结论,这可以用来选取动力学性能优良的工作空间。     

基于功率键合图的混合驱动五杆机构动力学分析

介绍了基于键合图理论的混合驱动五杆机构的动力学分析方法,给出了机构的键合图模型．为确定混合驱动五杆机构的主辅驱动力、力矩大小提供了一种规则化,适合于计算机自动生成的动力学程式,并给出了其动力学分析一具体实例。     

一种新型5R堆垛机构的力学分析与ADAMS仿真研究

针对传统的并联四轴关节型码垛机构在两驱动轴的同轴线附近存在的应力集中问题设计了5R并联码垛机构,首先运用理论力学分析方法对5R机构与四杆机构进行力学分析,让他们在抓取相同载荷的情况下,分析原动件需要的驱动力矩的大小,然后用ADAMS对5R与四杆分别建模仿真,验证静力学分析的正确性。得出5R机构与四杆机构在驱动相同负载的情况下,5R具有更大的优越性。     

实现变传动比成组轨迹的混合驱动机构的综合

改变混合驱动五杆机构的尺寸参数和运动参数，可以得到不同的连杆曲线；因此可以采用混合驱动五杆机构实现具有不同传动比要求的、成组的连杆曲线。本文建立了实现成组轨迹的混合驱动机构的综合模型，实现了具有不同传动比要求的成组连杆曲线综合。     

基于CREO的垂直运动四杆机构伺服化分析

为了实现四杆机构驱动的伺服化，采用Creo对一个垂直运动的四杆机构建立三维实体模型，并在其后处理模块进行仿真分析，再通过搭建惯量计算模型分析它的惯量变化，最后进行电动机惯量匹配和选型。     

混合驱动五杆机构控制方法的实验研究

应用封闭矢量法对已知尺寸和输出轨迹的混合驱动五杆机构进行了逆运动学分析,得出机构两原动件的输入运动规律。在确定恒转速原动件运动规律基础上,计算机构经过相临轨迹点的时间,给出了伺服电机的运动规律。并对混合驱动五杆机构连杆角速度的控制进行了实验研究,得到在不同PID参数下连杆角速度的实测值。结果表明:根据给定轨迹,设计机构输入规律,应用控制方法对混合驱动机构进行控制,机构输出构件的角速度误差较小。     

行星轮式月球车移动系统的关键技术

为提高月球车的越障能力,重点考虑提高车轮的越障能力,成功研制了一种采用扭杆弹簧和磁弹簧减振器并联悬架,且每个行星车轮独立驱动的月球车。在行星车轮不翻转越障条件下,推导了月球车两个前行星车轮同时越障时可以爬过的垂直障碍高度与车辆参数的关系,并进行了ADAMS仿真。对行星轮式月球车进行了动力学分析,确定了行星车轮的等效地面不平度函数,并在此基础上建立了7自由度月球车振动系统模型,根据模型的计算结果确定了扭杆弹簧刚度和减振器阻尼的最佳参数范围。同时,进行了月球车爬坡试验和垂直越障能力试验研究,还模拟月球的低重力环境进行了整车的低重力试验。     

松软月壤上月球车驱动能力的仿真研究

在松软土壤上影响月球车的驱动效率的因素对月球车的行走系统功耗有较大的影响。基于地面力学理论,建立了松软土壤与车轮间相互作用的单轮和整车多体动力学模型。并从理论角度分析了影响月球车单轮驱动效率的的因素,并对整车在松软土壤路况下的驱动能力进行了仿真分析。     

MOBILITY EVALUATION AND INNOVATION OF WHEELED SPACE ROVER

The mission and function requirements of lunar rover are analyzed, based on virtual prototype technology, the mobility evaluation theory and method for wheeled space rover are proposed, which provide a new way to study the innovative design of lunar rover. Based on the above theoretical system, an innovative lunar rover suspension system, which adopts a two-crank-slider mechanism, is proposed, and its dynamics model is created. Adopting virtual prototype technology, the ground adaptability, over-obstacle ability and driving placidity of the rover are evaluated in the virtual prototype software ADAMS. The analysis results show that the rover provides a high degree of mobility.     

月球车用扭杆弹簧疲劳寿命功率谱预测法

研制的行星轮式月球车的安全行驶寿命主要取决于扭杆弹簧悬架中扭杆弹簧的扭转疲劳寿命。模拟月球表面的温度环境进行了扭杆弹簧的扭转疲劳试验，确定了扭杆弹簧的扭转疲劳次数。在此基础上，建立了扭杆弹簧悬架的动力学模型，通过此动力学模型及功率谱寿命预测法推导出了扭杆弹簧疲劳寿命与悬架参数之间的关系式，并估算了月球车的安全行驶里程。     

基于半转机构的月球车移动系统及运动学分析

针对月球探测的特点,提出了一种新型的基于半转机构的月球车移动系统,介绍了其特点以及机构原理。比较了一级半转机构和二级半转机构的起伏度,建立了月球车机构转杆正向运动学模型。MATLAB仿真结果表明,二级半转机构的起伏度较一级半转机构减小60%左右。     

Load-sharing characteristic of multiple pinions driving in tunneling boring machine

The failure of the key parts, such as gears, in cutter head driving system of tunneling boring machine has not been properly solved under the interaction of driving motors asynchronously and wave tunneling torque load. A dynamic model of multi-gear driving system is established considering the inertia effects of driving mechanism and cutter head as well as the bending-torsional coupling. By taking into account the nonlinear coupling factors between ring gear and multiple pinions, the influence for meshing angle by bending-torsional coupling and the dynamic load-sharing characteristic of multiple pinions driving are analyzed. Load-sharing coefficients at different rotating cutter head speeds and input torques are presented. Numerical results indicate that the load-sharing coefficients can reach up to 1.2-1.3. A simulated experimental platform of the multiple pinions driving is carried out and the torque distributions under the step load in driving shaft of pinions are measured. The imbalance of torque distribution of pinions is verified and the load-sharing coefficients in each pinion can reach 1.262. The results of simulation and test are similar, which shows the correctness of theoretical model. A loop coupling control method is put forward based on current torque master slave control method. The imbalance of the multiple pinions driving in cutter head driving system of tunneling boring machine can be greatly decreased and the load-sharing coefficients can be reduced to 1.051 by using the loop coupling control method. The proposed research provides an effective solution to the imbalance of torque distribution and synchronous control method for multiple pinions driving of TBM.     

月球车车轮与土壤相互作用的力学特性分析

月球车车轮的结构特征及其与土壤相互作用的力学特性对月球车的运动性能有着重要的影响,了解车轮的以上特性对整车的设计有着重要作用。基于地面力学中土壤的承压、剪切模型,建立了刚性车轮在塑性土壤上运动的力学方程,并通过实例计算分析了车轮的运动状态及结构参数变化对其力学参量的影响,为月球车车轮的性能测试和设计改进提供了参考数据。     

基于半转步进机构的月球车移动系统的设计与分析

提出一种基于半转步进机构的月球车移动系统,对半转机构的原理和运动特性进行分析,获得了月球车的运动特性曲线,为其在月球车上的应用提供了理论基础和参考依据。     

月球车差动平衡机构的建模及仿真

车体平衡机构是摇臂悬架式月球车移动系统的重要组成部分,起到调节摇臂悬架运动和受力,减小主车体因地形变化所受的扰动作用.基于轮系式月球车车体差动平衡机构的结构设计,综合考虑了轮齿啮合刚度、摇臂轴扭转变形及齿轮传动回差的影响,建立了虚拟样机模型,在ADAMS软件环境下进行了动态仿真分析,得出该机构的动态特性,为该机构的改进及其在月球车上的实际应用提供了参考依据.     

混合驱动机构研究进展与发展趋势

混合驱动机构是可控机构的一种,其适度柔性以及降低驱动与控制成本的特性与优势使其成为现代机构学的重要研究分支之一。随着对混合驱动机构研究的深入,混合驱动机构理论和应用也不断地发展和创新。对现有的研究成果加以分析和总结将有利于促进混合驱动机构理论和应用的进一步发展。分析混合驱动机构的内涵,分别论述双自由度和多自由度混合驱动机构的研究进展,主要包括:混合驱动机构的构型设计与可动性、混合驱动机构的轨迹特征、混合驱动机构的运动学、混合驱动机构的动力学及混合驱动机构的应用等方面的研究进展。提出混合驱动机构研究的关键问题,总结了混合驱动机构的未来发展趋势。研究成果对拓展混合驱动机构的设计空间、开辟混合驱动机构新的应用领域具有重要意义。