组合柔性机械臂抑振性能的仿真及实验研究

为抑制柔性机械臂的低频固有振动,该文提出利用组合结构滞迟阻尼效应来提高柔性机械臂的抑振性能.以单根叠层组合柔性机械臂为对象,通过有限元仿真和实验,对组合柔性机械臂的减振性、结构参数和预压力对其减振性能的影响进行了研究,并由仿真实验确定了组合柔性机械臂的动态恢复力曲线.研究结果表明:与实体柔性机械臂相比,组合柔性机械臂的抑振效果显著;确定合适的预紧力和结构尺寸参数可得到最佳的抑振性能;组合柔性机械臂-质量系统的固有频率不是一常量,其大小随振幅的减小而增大;组合层之间的相对刚度对其抑振性能有影响,减小相对刚度可提高其抑振能力.实验证明,该文采用的有限元仿真方法能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,可以代替实物实验确定动态恢复力滞迟回线,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计及运动控制研究提供了有效方法.     

大型空间柔性组合航天器动力学建模与控制

航天器在轨组装制造和在轨服务维护任务中,捕获航天器通过空间机械臂捕获目标航天器后,整个系统构成一个大型空间柔性组合航天器.本文首先建立了综合考虑机械臂关节、臂杆和航天器太阳翼等柔性部件振动影响的组合航天器动力学模型,采用非线性扭簧模型描述柔性关节,采用假设模态法和有限元法描述柔性臂杆和太阳翼,通过动量守恒和拉格朗日方法推导了柔性组合航天器的动力学方程.然后设计了柔性组合航天器轨迹跟踪与振动抑制复合控制系统,采用奇异摄动方法对组合航天器动力学模型进行了降阶分解,在快慢两种不同时间尺度内分别独立设计了控制器.最后通过数值仿真验证了建模和控制方法的有效性.仿真结果表明,本文所建动力学模型精确有效,能够准确反映柔性组合航天器的运动学和动力学特性;复合控制方法能够保证组合航天器在实现机械臂精确轨迹跟踪控制的同时有效抑制柔性部件振动,具有工程实用性.     

谐波传动对柔性机械臂动力学特性的影响

空间机械臂是在轨航天器重要维护工具,其动力学特性的优劣直接关系到航天任务的成败。现有空间机械臂多采用谐波传动作为减速机构,该减速机构对空间机械臂的动力学特性有较大影响。基于Euler-Bernoulli梁模型,结合谐波传动误差模型,建立了考虑臂杆柔性与谐波传动运动滞后的动力学方程,通过数值模拟分析了臂杆刚性、臂杆刚性与谐波滞后、臂杆柔性,以及臂杆柔性与谐波滞后等4种模型对应的空间机械臂动力学特性。仿真结果表明:与刚性空间机械臂相比,臂杆柔性使得输出的角度曲线包含明显高频成分,考虑谐波传动的柔性空间机械臂输出特性存在明显滞后。     

六边形柔性绳网展开过程仿真与试验

柔性绳网在工程领域应用广泛,它具有复杂的非线性行为,其建模仿真研究是数值仿真领域的一大难点。针对六边形柔性绳网系统的发射展开过程,建立了动力学模型,利用ABAQUS有限元仿真软件,实现了对柔性绳网展开过程的动力学仿真研究。同时,开展了柔性绳网地面发射试验,试验结果表明：绳网展开过程的网形、张开面积与模型仿真结果基本吻合,说明所建立的动力学模型准确、可靠,有限元法可用于柔性绳网的仿真研究。     

含区间铰间隙柔性机械臂控制精度分析

为了分析大变形、间隙碰撞和不确定性对机械臂动力学特性和控制精度的影响,提出了含区间铰间隙的柔性机械臂动力学建模方法和该动力学模型的求解方法.模型中采用绝对节点坐标法对柔性部件进行动力学建模,采用混合碰撞力模型和Ambrósio摩擦力模型建立关节铰间隙,并且采用区间变量描述间隙尺寸和部件杨氏模量.通过数值仿真分析表明:部件柔性和间隙会显著地影响机械臂动力学特性和控制精度,而且随着部件弹性模量减小、间隙尺寸增大,影响将更加显著;考虑不确定性时,机械臂的控制精度将降低,而且参数不确定性会显著影响该机械臂的动力学特性.     

考虑摆弹臂柔性的中腹摆弹机构动力特性分析

在中腹摆弹机构的设计中,计及摆弹臂的柔性效应,应用一致质量有限元离散化方法,将中腹摆弹臂划分为若干单元,并建立中腹摆弹机构的混合坐标．采用连续介质力学的几何变形关系描述柔性摆弹臂的非线性变形场及运动关系．在变形场的描述中计人柔性摆弹臂纵向变形的二次耦合项,最后应用Hamilton最小作用原理建立中腹摆弹机构的一次近似刚一柔耦合动力学方程．通过MATLAB对动力学方程进行数值仿真,得到不同射角和不同摆弹质量情况下中腹摆弹臂的变形量,并对仿真结果进行分析,为中腹供弹系统的工程研究提供了理论依据．     

四自由度柔性关节机械臂的动力学分析

关节是机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用,精确的关节动力学模型是机械臂系统设计、分析和控制的基础．以四自由度机械臂为研究对象,首先给出柔性关节机械臂的简化模型,然后运用Lagrange方法建立了考虑关节柔性和电气特性动力学方程．     

南京理工大学学报2006年总目次

2006年第30卷第1期(总第146期)动能弹低速垂直侵彻钢筋混凝土的试验研究……………………………………顾晓辉王晓鸣陈惠武郑应民1:1超高射频火炮射击实验及内弹道过程仿真………………………………………杨均匀袁亚雄张小兵邹瑞荣1:5预压叠层柔性机械臂弯曲试验及有限元数值仿真…………………………………………张庆王华坤张世琪1:8气体介质中电火花铣削加工工艺实验研究……………………………………李立青赵万生狄士春迟关心1:12轿车发动机动力总成悬置系统优化研究………………………………………王显会李守成黄鹏程徐彬1:17一类刚柔耦…     

柔性机械臂的广义确定性动力学模型

基于凯恩方程，考虑柔性体变形的几何非线性，对动力学模型的非线性项保留至适当阶段进行线性化；同时，考虑几何和物理参数的随机特性，提出计及动力刚化的视觉控制柔性臂广义确定性动力学模型，并采用蒙特卡罗方法，对其进行了仿真分析，仿真结果说明了理论方法的正确性和有效性。     

双连杆柔性机械臂的主动控制

对柔性双连杆机械臂位置的主动控制进行研究,给出系统的动力学方程,采用非线性解耦反馈控制方法分别得出系统大范围运动方程和柔性臂的动力学方程,并采用机械臂逆动力学方法和LQR方法分别设计大范围运动控制律和压电作动器控制律.仿真结果表明,该控制方法能够有效地控制机械臂到达的指定位置,并且抑制柔性臂的弹性振动.     

高压绝缘子清扫机器人的动力学建模及分析

从支柱型绝缘子带电清扫机器人的振动问题中，提取出一类由柔性臂和刚性臂组成的系统，刚性臂和柔性臂之间采用垂直移动关节连接，构成了末端具有移动刚体的柔性臂系统．在假设模态法的基础上建立了系统的Lagrange动力学模型，建模过程考虑了重力对柔性臂振动的影响．根据模型分析了刚性臂全局运动与柔性臂柔性振动的相互影响，刚性臂的全局运动使柔性臂的振动频率降低，阻尼增加．应用该模型对绝缘子清扫机器人的振动进行了仿真．为优化清扫臂的全局运动，降低升降臂的振动提供了依据．     

Structural design, analysis and performance evaluation of a novel planar parallel robot： theory and experiment

The structural design, analysis and experimental verification of a novel planar parallel robot that includes parallelogram linkages are reported in this paper. A design methodology combining finite element analysis （FEA） and flexible dynamics is employed in the analysis. The appropriate natural frequencies of robot throughout workspaee are predicted, and the effects of payload, flexibility of joints, cross section and orientations of robot on the natural frequency are analyzed by simulation. Extensive structural vibration experiments with the completed manipulator confirm the predicted structural vibration characteristics throughout the workspace. The experiment also proves the robot＇s performance under a fuzzy self-tuning PI controller.     

柔性机械手测速反馈消振的理论与实验研究

在柔性机械手的研究中，如何在实现定位目标的同时快速消除柔性振动，是控制实现中的一个主要问题。本文首先对柔性机械手测速反馈消振的理论基础进行了研究，讨论了该方法对系统稳定性和耗散性的影响；进而探讨了测速反馈在两关节柔性机械手的实现问题。最后给出了易于工程实现的测速桥方法，实验证明，它可以有效地抑制柔性振动。该方法经济简单，可靠性高，在空间机器人领域中有着广泛的应用价值。     

一种三自由度并联机器人的动力学分析

介绍了一种三自由度并联机器人系统,建立了系统固定坐标系和运动坐标系.使用有限元法和弯曲振动法分析了机器人的动力学特性,建立了机器人的动力学方程,并对比了假设模态法的动力学特性.通过机器人的实验系统获得了机器人的共振频率和阻尼比,并分析了共振模态.将三种计算方法得到的固有频率与实验值作了比较,结果表明假设模态法获得的固有频率更接近于实验值.     

基于机器视觉的柔性机械臂振动位移测量

 针对传统的振动位移测量方法中,间接测量法误差较大、准确度较低,而直接测量法虽能达到精度,但成本较高、实用性较差的问题,提出一种基于机器视觉的振动位移测量方法。选取电机驱动运动的柔性机械臂作为测量对象,通过CCD相机采集机械臂末端标记点运动图像,再经过阈值分割、质心检测等视觉处理,得到机械臂振动位移信息。通过搭建实验平台对该方法进行实验验证,并与压电材料测量法及仿真法得到的振动位移进行对比,结果表明,基于机器视觉的振动位移测量方法能够在不接触工况下,对柔性机械臂进行准确、实时的振动位移测量,相比于压电材料测量法,避免了公式误差等影响,具有明显的优越性。     

挠性双摆动力学仿真和空间挠性机械手控制

本文对普通工业挠性机械手特例挠性双摆进行了动力学仿真,其结果和PBUsoro的工作完全吻合,本文对空间挠性机械手典型工况进行了正弦加载方式的开环控制,实现了到达指定位置时机械手端点负载的速度以及机械臂转动角速度为零的工作要求。     

内燃机曲轴扭振多体动力学分析

基于虚拟样机技术,采用结合有限元法(FEM)的多体系统仿真(MSS)方法对汽车发动机曲轴进行扭转振动分析。建立了包括柔性体曲轴在内的内燃机曲轴系统的多体动力学模型。根据多体动力学进行模拟仿真计算,分析了内燃机曲轴扭振的特点。     

一种新型电力光缆剪枝机器人的运动学联合仿真研究

针对架空电力光缆线路巡检维护中的树枝修剪问题,设计了一种新型五自由度串联剪枝机器人。首先,通过D-H(denavit-hartenbreg)参数法,建立了该剪枝机器人机械臂的运动学模型,得到运动学正逆解;然后在V-REP和MATLAB中进行联合运动仿真,并利用蒙特卡洛法分析剪枝机器人工作空间,得到机械臂工作空间的云图;为保证剪枝过程的运行平稳,在工作空间内进行轨迹规划并仿真;最后,联合仿真结果表明该剪枝机器人运动学模型有效,各关节及末端轨迹规划控制效果良好,可以实现1~1.5 m范围内灵活修剪树枝等障碍物的要求,为剪枝机器人后续控制问题研究提供了理论依据和实验基础。     

单铰柔韧性机器人手臂的体积优化

讨论了单铰柔韧性机器人手臂在第一振频给定的条件下其体积的优化问题,主要采用阶梯折算法将问题归结为非线性规划问题,利用简约梯度法进行优化,并给出了一些具体实例．     

螺栓连接大变形梁非线性振动特性的实验研究

柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象，针对动力学建模和振动特性开展了实验研究，通过数值计算验证了实验发现的非线性振动特性。搭建了含螺栓连接柔性大变形梁的实验台架，开展了敲击和正弦激振的实验测试。实验结果表明，螺栓连接的柔性梁较连续梁的（无螺栓连接）模态频率降低，阻尼增加，反映出随着激励能量增大，模态频率降低的非线性模态特征。改变螺栓连接位置会显著影响结构的模态频率，其变化规律可由求解线性矩阵特征值定性反映。