一种新型并联机构运动可靠性灵敏度分析

运动可靠性是机构动态运动精度的反映,是评价机构质量的重要指标。以往并联机构运动精度分析中,往往忽略输入误差的随机性,造成评价结果不准确。首先基于位置反解和一阶泰勒展开,建立了一种新型并联机构静态位置误差模型。应用误差模型,考虑各个原始输入误差的随机性,推导了机构运动可靠性数学模型,给出了评价机构运动可靠性高低的量度和计算方法。应用解析法灵敏度分析,定量地考察了各个原始误差对机构运动可靠性的影响,给出了求解机构任意点位置误差落入许用精度范围内的可靠度对21个原始误差源的敏感程度的计算方法。运动可靠性灵敏度分析是机构优化设计和精度综合的基础。     

平面杆系结构自由振动的一种解析解法

介绍了一种平面杆系结构自由振动的解析解法.即将计算无限自由度平面杆系结构的自振频率和主振型的广义特征值问题转换为典型的常微分方程边值问题,构造了一系列平凡ODE,建立了相应的常微分方程组,并利用常微分方程求解器COLSYS予以求解.该方法将一根杆件视为一个单元,直接求解其运动微分方程,是一种数值解析法,与有限元法相比,无需通过增加单元数提高计算精度,可精确求解平面杆系结构的任意阶自振频率和主振型.并利用该方法求解了一般约束、弹性支座以及变截面条件下的平面杆系结构无阻尼弯曲自由振动的任意阶自振频率和主振型,与精确解和现有软件相比,其计算结果表明,该方法的求解精度和效率较高.     

求解非定常不可压Navier-Stokes方程的一种高精度并行算法

采用一阶投影法,建立了一种基于MPI求解非定常不可压N-S方程的高精度并行算法.该算法在空间上可达到4阶精度,其中,对流项中的1阶导数和粘性项中的2阶导数分别采用WENO格式和4阶对称型宽格式进行离散,而Poisson方程则采用4阶精度的紧致格式进行迭代求解.通过对2维Taylor涡列和双周期双剪切边界层流动问题及3维回转体绕流问题的数值计算,验证了算法的可靠性及其并行效率.     

求解二维热传导方程的高精度紧致差分方法

基于Richardson外推法提出了一种数值求解二维热传导方程的高阶紧致差分方法.该方法首先利用时间二阶、空间四阶精度的紧致交替方向隐式(ADI)差分格式在不同尺寸的网格上对原方程进行求解,然后利用Richardson外推技术外推一次,最终得到了二维热传导方程时间四阶、空间六阶精度的数值解,数值实验验证了该方法的高阶精度及有效性.     

极坐标系下求解一维Helmholtz方程的六阶紧致差分方法

基于极坐标系下四阶紧致差分方法,运用Taylor级数展开构造了一种极坐标系下求解一维Helmholtz方程的六阶紧致差分方法,通过分析所构造差分格式的截断误差确保该方法在理论上可达到六阶精度,最后通过数值算例验证了所构造差分格式的精确性和可靠性.     

求解一类非线性偏微分方程的高精度紧致差分方法

针对一类非线性偏微分方程,提出了一种新的高精度紧致差分方法.首先对内部网格节点处的空间一阶和二阶导数项采用四阶精度的Padé紧致差分格式进行离散,然后对时间导数项采用泰勒级数展开并使用截断误差余项修正法进行离散,最终得到了求解该非线性方程的一种三层隐式高精度紧致差分格式,其截断误差为O(τ2+τh2+h4),即当τ=O(h2)时,该格式在空间上具有四阶精度.最后通过对广义Burgers-Fisher方程和广义Burgers-Huxley方程的数值求解,验证了本文方法的精确性和可靠性.     

某型空间RSSR机构的图解分析与设计

为了实现空间RSSR机构高效快捷的结构设计,针对特定结构型式的RSSR机构,在其运动特性分析的基础上,给出了以图解法求解与三维建模运动仿真相结合的途径进行机构几何参数设计的具体方法.通过三维运动仿真验证了该方法的有效性,并进一步提出了适应机构运动精度要求而进行结构参数调整的具体方向.便捷准确地实现该型空间RSSR机构的运动分析和几何结构设计,获得理想的设计求解.     

两点边值问题的混合型高精度紧致差分格式

借助显式紧致格式和隐式紧致格式的思想,构造了求解两点边值问题的一种混合型紧致格式.该格式仅用到3个点上的未知函数值及其一阶导数值,而一阶导数值利用四阶Padé格式进行计算.格式整体具有四阶精度,数值实验结果验证了其精确性和可靠性.     

一类变系数非稳态对流扩散方程的四阶紧致差分格式

针对一类变系数非稳态对流扩散问题,构造了一种四阶Runge-Kutta高阶紧致有限差分格式.该格式具有时空四阶收敛精度,即O(h4,4τ),而且构造方法简单、易推广应用到其他问题.最后给出数值算例验证了所提出方法在求解非齐次对流扩散问题上的有效性和可靠性.     

大型天线主反射面位姿调整机构设计

本文提出一种大型天线主反射面的位姿调整机构,它将天线主反射面作为位姿调整机构的负载,按照一种特定的安装方式实现主天线面的固定支撑并通过伸缩运动实现单自由度平动的主动调整机构,主要包括滚珠丝杠、箱体组合、套筒组合、滑块组合和涡轮蜗杆等部分.其优点是结构刚度大、承载能力强、响应速度快、具有很高的传动精度和可靠性,通过借助蜗轮蜗杆的自锁特性来避免滚珠丝杠副的逆转,用以保证主反射面调整工作的稳定,能够实现天线主反射面的位姿调整和精度控制,补偿因重力变形和安装误差等因素导致的天线性能和指向的变化.     

某典型折叠机构的磨损寿命研究及优化

针对航空航天柔性机构具有复杂非线性的特点,提出一种在多软件平台下建立柔性机构模型并进行运动学仿真的方法。对某典型折叠机构进行参数化建模及运动学分析,并采用不同可靠性分析方法对折叠机构进行可靠性分析和磨损寿命分析。最后对机构进行磨损寿命优化。优化结果显示机构最大应力水平显著降低,磨损寿命显著提高。     

基于改进粒子群算法的3-RPS并联机构正解研究

为快速准确求解3-RPS并联机构运动学正解,将其化归为非线性方程组求解问题,又基于优化理论将其转化成多目标优化问题,并以加权法将多目标问题转化为单目标优化问题,最后采用改进粒子群算法进行数值求解,最后给出了算例。仿真结果表明:该方法适用于求解并联机构的正解问题,其收敛速度和计算精度较标准PSO算法有明显改善。     

3-(P)US/PU 3自由度并联机构运动学优化设计

研究了一种带恰约束从动支链的3自由度并联机构的运动学优化设计.该机构采用3-PUS/PU拓扑结构,可实现一维平移和两维转动自由度.在构造出该机构全速度雅可比矩阵的基础上,以支链误差传递率为性能指标,在考虑必要机械约束的基础上,采用遗传算法实现了该机构的尺度参数优化设计,并给出相应算例.由实例可知,经优化得出的尺度参数合理.此优化方法同样适用于其他类似并联机构的运动学设计.     

基于PSO-RBF神经网络的串联机械臂逆运动学分析

针对目前基于神经网络对串联机械臂求逆解方法中出现的精度不足和实时性较差的问题,使用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法对径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络进行结构优化,提出一种基于PSO-RBF神经网络的机械臂逆运动学算法。首先由正运动学模型获取神经网络训练和测试参数样本,经过欧拉角变换在神经网络输入端建立机械臂关节位姿映射关系,然后通过PSO算法对径向基核函数进行参数寻优并对测试样本求解分析,最后获取经逆运动学求解后机械臂的运动轨迹,验证了该算法的可靠性。仿真结果显示,由PSO-RBF神经网络逆运动学算法能够快速得出满足精度要求的关节角度,为进一步机械臂工业控制提供了理论支持。     

机构可靠性分析与设计中机构误差的分配方法

根据机构运动精度可靠性分析与设计的基本理论，首次提出了在机构运动精度可靠性分析与设计中机构误差分配的等精度影响法和相依影响法，这些方法在工程计算中非常实用．     

曲柄滑块机构中滑块输出位移的可靠性分析

建立了运动副磨损量的计算模型.通过机构的运动学和动力学分析计算运动副元素之间的接触力和相对运动速度,在运动副连续接触理论和各随机因素符合正态分布的假设下,建立了曲柄滑块机构滑块输出位移可靠度模型,利用编写的Matlab计算程序对所建立的模型进行了实例计算,得出了机构随着工作时间的延长运动副元素的磨损影响越突出的结论.所建的模型可以估算机构工作一定时间后的运动精度可靠度,也可以推算在给定要求下机构的工作寿命.     

基于遗传算法的柔型多功能机运动学逆解

在分析运动学逆解方法的基础上,应用遗传算法求解柔型多功能机器人运动学逆解,给出了用于优化求解的适合度函数,并应用二次编码法提高解的精度。计算机模拟结果证明：该方法能快速收敛于全局最优解,能给出柔型多功能机器人的可能解,并能计算冗余度机器人的逆解。     

3RPS/UPS结构并联机器人设计与分析

为了满足踝关节康复训练对自由度、工作空间和刚度等性能的要求,本文设计了一种新型的三自由度高刚性3RPS/UPS结构并联机器人.此结构在传统的3RPS结构基础上加入了一条UPS结构的冗余驱动支链,在保证满足自由度要求的同时,又增强了结构的刚度性能,减少了操作平台的晃动和形变,提高了操作精度.通过对此结构进行逆运动学分析、工作空间分析和刚度分析,验证了3RPS/UPS结构可以应用于踝关节康复训练这类具有高负载、操作灵敏等特点的操作任务.最后对该3RPS/UPS结构并联机器人进行了运动学控制仿真,仿真结果表明系统具有较高的动态轨迹跟踪控制精度,适用于实际应用.     

动力伺服刀架端齿盘分度精度可靠性灵敏度设计

端齿盘加工精度的高低会直接影响到整个刀架的分度精度.在对端齿盘加工误差进行分析的基础上建立了端齿盘的分度误差模型,利用二阶矩和摄动方法求出端齿盘的可靠性指标,并计算出其可靠度.以端齿盘的分度误差模型为基础,将可靠性理论与灵敏度分析方法相结合,给出了动力伺服刀架端齿盘分度精度可靠性灵敏度设计的分析方法.通过算例得出了端齿盘各随机参数的可靠性灵敏度变化规律,并分析了各随机参数的变化对端齿盘分度精度可靠性的影响.研究表明,端齿盘各设计参数的改变对其可靠性的敏感程度不一,可通过优化敏感参数来提高齿盘的分度精度可靠性.同时为提高刀架系统的分度精度可靠性提供理论依据.     

UR机器人运动学与奇异摄动算法研究

首先分析了UR机器人的机械结构;其次通过数值迭代法对UR机器人的逆运动学进行了求解,严格控制了算法的精度和速度,验证了算法的正确性和快速性;再次提出了一种基于奇异摄动的控制方法,通过振动抑制方法将系统分为快慢两个子系统,实现降阶作用;最后绘制了正、逆运动算法的机械臂轨迹曲线,同时针对降阶后的系统设计控制器进行系统分析.实验结果验证了算法的有效性和精确性.