平面柔性并联机器人系统建模与仿真研究

利用运动弹性动力学理论和有限元方法研究了平面柔性并联机器人的动力学建模方法.分析了各运动支链的弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人系统的运动学约束条件和动力学约束条件,综合考虑了构件的分布质量、集中质量、集中转动惯量以及杆件的各种弹性变形的影响,建立了平面柔性并联机器人的动力学模型.以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用MAlLAB语言编程进行了仿真计算,并用SAMCEF软件的计算结果验证了模型的准确性.仿真结果表明该动力学模型能正确地反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响.     

SAMCEF在柔性并联机器人建模与仿真分析中的应用研究

分析了SAMCEF软件的特点,建立了柔性并联机器人的虚拟仿真模型,并进行了仿真分析.介绍了SAMCEF软件的相关模块在柔性并联机器人虚拟仿真中的应用.利用API接口技术开发了自动计算机器人固有频率、系统任一点内力的程序,扩展了SAMCEF软件的功能和用途.以平面3-RRR柔性并联机器人为例,介绍了建模要点和仿真流程.仿真结果表明该模型能正确地反映柔性并联机器人的运动学、动力学特性,杆件的弹性变形对柔性并联机器人的运动学、动力学性能具有重要影响.     

新型6-(P-2P-S)并联机器人逆动力学仿真分析

针对一种新型6-(P-2P-S)并联机器人,介绍了该并联机器人初始正交位姿部分运动解耦的结构特点,推导出广义速度和系统内各刚体运动速度的运动学传递关系.应用拉格朗日方法分别对运动平台、连杆和驱动杆进行动力学计算,建立了该并联机器人的动力学模型.该并联机器人动力学模型是一个多变量、变参数的非线性系统,完整编写了该动力学模型的仿真程序,进行了逆动力学仿真实例分析,研究了驱动力变化规律,验证了该机构部分运动解耦的结构特点,进而为该并联机器人的控制策略研究提供参考.     

并联机器人动力学问题的Kane方法

以Kane方程为基础,从并联机器人的运动学角度出发,分析各个驱动杆件及运动平台质心点的速度、加速度间的关系,选取运动平台中心点的速度和角速度分量为广义速率,推导出并联机器人的动力学方程,最终给出动力学问题的仿真实例,为并联机器人的控制提供理论基础。该方法不需要求解关节处的约束反力,不需要求导运算,因此便于机器人动力学控制。     

高压线巡检机器人动力学建模及分析

受导线柔性特性的影响,高压线巡检机器人与导线构成了非线性,强耦合的动力学系统.提出了一种双臂移动巡检机器人结构,并研究了该机器人与导线的建模方法.用Newton-Euler法建立了机器人的动力学子模型,机器人的基座设在导线上,并不固定.用有限元法建立了导线的子模型,并考虑了应力刚化效应.所建的机器人-导线系统模型体现了机器人与导线的动力学耦合关系.利用该模型进行了动力学和运动学仿真,分析了导线的振动和变形对机器人运动的影响.     

6-PUS/UPU并联机器人动力学建模及仿真

对提出的一种新型6-PUS/UPU 5自由度并联机器人进行了动力学建模与仿真研究。首先利用凯恩方法对并联机器人进行动力学分析,然后Pro/E软件对并联机器人进行了建模,最后利用Adams系统仿真软件对并联机器人进行了运动学和动力学仿真,并对凯恩动力学模型算出的驱动力与Adams仿真测出的驱动力进行比较,比较结果表明实体模型和动力学模型的准确性,并为优化动力学模型参数提供了有效的方法。     

大型空间可展开天线动力学建模及仿真

大型空间可展开天线柔性大、非线性强,为了对其展开过程实施有效控制,动力学建模是首先要解决的问题.提出了将天线作为铰接的柔性曲线梁系统,进行基于柔性多体动力学分析的建模,物理模型离散化采用有限元方法,利用Lagrange方程建立动力学模型,进行动态响应分析.仿真结果表明,采用该方法建立的大型空间可展开天线的模型,能够准确的反映柔性天线系统宏观的大范围刚体运动与微观的弹性变形及其耦合作用;指出了展开过程中对高频弹性振动进行控制的必要性.     

5连杆双足机器人建模和控制系统仿真

步行机器人作为一种载运工具适应地况能力强,结构复杂,运动控制难.实现类人型机器人动态行走,必须对机器人进行动力学建模、步态设计和稳定姿态控制算法设计.研究了一种5连杆双足机器人的动力学建模和控制系统仿真方法.建立两足步行机器人腿的可参数化仿真模型,对5平面双足机器人的运动情况和控制输入输出进行仿真,得出试验结果.并对影响步行机器人稳定性能的参数进行分析,为后面机器人样机的研制提供理论及数据依据.     

建立一类挠性航天器面向控制的仿真环境

建立了一类挠性航天器大范围快速机动的动力学模型和面向控制的仿真模型。在柔性体的变形场中计及耦合效应,采用拉格朗日原理和有限元方法建立挠性航天器的一次近似动力学模型,并利用符号推演技术自动生成动力学模型和面向控制的仿真环境。理论计算和数值分析表明,柔性体变形场中的二次耦合项是导致系统产生动力刚化效应的根本原因。     

轮式移动2杆刚-柔性机械手逆动力学仿真

针对轮式2杆刚-柔平面移动机械手逆动力学问题进行了系统研究。采用Pin-free边界条件,对机械手柔性构件进行了离散,采用有限元法分别构建了该移动机械手系统的完整正、逆动力学模型。在频域下,求解了系统驱动力(矩)和弹性构型变量,并在时域内对驱动力矩进行了修正,并对修正力矩和构型变量进行了累计误差分析。为了验证建模方法的有效,进行了大量数值仿真工作,仿真结果显示了其有效性和可行性。     

基于ADAMS的并联机器人振动特性仿真及结构优化

提出了一种利用虚拟样机仿真技术进行结构优化的方法。分析了并联机器人的振动原理以及激振测试原理,并给出了利用正弦扫描进行激振测试的原理和流程。为了进行激振测试仿真,在ADAMS软件中建立并联机器人的刚柔耦合振动系统,并使该系统受到一定激振力产生位移响应,获得该并联机器人激振特性曲线,从而找出其薄弱环节并对其进行结构优化,对薄弱构件优化后再次对系统进行仿真测试,结果表明构件结构优化后的结果较为理想。     

基于神经网络的弹性连杆机构广义刚度可靠性仿真

将弹性连杆机构的杆长、截面尺寸均视为随机变量，并考虑机构安全的极限状态的模糊性，建立了弹性连杆机构广义刚度可靠性分析模型．针对进行可靠性数值模拟时求解机构动力响应过程的复杂性和耗时性，构建了基于BP网络的动力响应分析模型．从而可以明显减少可靠性仿真时求解动力响应的时间开支，提高仿真效率。最后，通过仿真实例验证了方法的可行性和有效性。     

Class of modified parallel combined methods of real-time numerical simulation for a stiff system

A class of modified parallel combined methods of real-time numerical simulation are presented for a stiff dynamic system. By combining the parallelism across the system with the parallelism across the method, and relaxing the dependence of stage value computation on sampling time of input function, a class of modified real-time parallel combined methods are constructed. Stiff and nonstiff subsystems are solved in parallel on a parallel computer by a parallel Rosen-brock method and a parallel RK method, respectively. Their order conditions and convergences are discussed. The numerical simulation experiments show that this class of modified algorithms can get high speed and efficiency.     

基于遗传算法的欠驱动机器人模糊控制器设计

主要对二自由度平面欠驱动机器人的操作空间控制问题进行了研究,提出了一种适用于此类欠驱动机器人的模糊控制新方法.将欠驱动机器人末段位置控制问题进行分解,设计了一种新型的分层模糊控制器,模糊规则简单容易制定,并且大大减少了模糊规则数目.在控制规则制定方面引入遗传算法进行全局优化,根据定义的适应度函数从系统模型中自动生成全局最优的控制规则.最后进行了数值仿真,验证了方法的有效性.     

3-RRRT并联机器人解耦的反演自适应动态滑模控制

针对3-RRRT型搬运机器人提出一种解耦的反演自适应动态滑模控制方法,以提高控制精度和鲁棒稳定性。首先利用非线性补偿方法将系统解耦成线性系统,运用一阶动态滑模设计新的滑模面,然后利用基于李亚普诺夫函数的Backstepping控制设计方法和自适应控制技术,设计了全局渐近稳定的系统控制器,最后利用MATLAB进行了系统控制数值仿真,结果表明,对3-RRRT型并联机器人的这种强耦合的、具有不确定性的非线性系统,采用该解耦的反演自适应动态滑模控制方法,可以达到理想的控制精度,并能保障系统的鲁棒稳定性。     

模糊控制策略在避碰运动系统中的应用

目前多机器人避碰运动已经被广泛研究,其控制策略也多种多样.主要解决基于全景视觉传感器的多机器人多目标系统中机器人之间以及机器人和静态障碍物之间的避碰问题,提出了单个自主运动机器人的结构模型、自主机器人周围物体的态势模型以及移动机器人动态速度的快速检测方法.机器人的运动决策采用基于Step-Forward策略的模糊推理机制,实现机器人在动态环境中快速、准确的找到一条无碰撞的路径,最终达到目标点.仿真结果表明了该算法应用于移动机器人在动态复杂环境中的无碰撞运动具有正确性、实用性和智能性等优点,同时该算法计算量小,运算速度快,提高了机器人控制的响应速度.     

并联机床虚拟样机建模与加工过程动力学仿真

为了实现并联机床性能的真实预测,确保加工过程的安全性,提出了基于Adams的并联机床加工过程的动力学仿真方法。在包括螺旋副在内的仿真模型的各个运动关节加载了摩擦力,实现了仿真模型与实际机床的高度仿真;根据NC文件和切削参数,建立并联机床加工过程的切削力模型和运动控制模型,实现了机床加工零件全过程的动力学仿真。对5-UPS/PRPU并联机床的加工过程进行了仿真分析,仿真结果准确的预测了实际加工中可能出现的问题。该方法简单、准确、可靠、实用性强。     

Discrete Simulation of Flexible Plate Structure Using State-Space Formulation

This paper presents the development of dynamic simulation of a flexible plate structure with various boundary conditions. A flexible square plate is considered. A finite-difference method is used to discretise the governing partial differential equation formulation describing its dynamic behaviour. The model thus developed has been validated against characteristic parameters of the plate. The model thus developed is further formulated using discrete state-space representation, to allow easy and fast implementation for simulating the dynamic behaviour of the plate with various boundary conditions. The simulation algorithm thus developed is validated, and accurate results with representation of the first five modes of vibration of the plate have been achieved. The algorithm thus developed is used in subsequent research work as a platform for development and verification of suitable control strategies for vibration suppression of flexible plate structures.