四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的动力学建模

为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立该波浪运动补偿机构的位置正/反解模型,并推导该补偿机构结构的运动学模型,最后,基于牛顿-欧拉法建立该波浪运动补偿机构的系统动力学模型,运用仿真软件对所推导的数学模型进行验证。研究结果表明:该波浪运动补偿机构的位置正/反解的误差数量级为10-5 mm;运动学和动力学模型的MATLAB数值模拟结果与Adams虚拟样机的结果基本吻合,最大相对误差为理论值的1.6%,在可接受的范围内,表明本文提出的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构能够实现主动波浪运动补偿。     

基于Matlab的六自由度工业机器人运动学逆解分析及仿真

在Matlab环境下对六自由度工业机器人进行运动学逆解研究,以ER7B-C10机器人为研究对象,使用D-H法进行各关节坐标系建立及参数设计,推导出正运动学方程。鉴于目前应用较为广泛的解析法求逆解仍然存在不足之处,运用几何法求解逆运动方程,在Matlab中利用Robotics Toolbox搭建仿真结构,直接调用Robotics Toolbox工具箱中ikine函数。由于迭代过程的收敛性导致验证过程中存在无解或少解的情况,因此对所求逆解的可靠性增加验证设计来证明几何法求逆解方法可行。对机器人模型在空间轨迹及各关节的位移、速度和加速度等内容进行了仿真分析,结果验证了ER7B-C10机器人运动的可行性,为后续分析机器人动力学、轨迹规划提供了运动学参考。     

5轴混联机床运动学标定的测量轨迹评价及误差补偿

该文以一台5轴混联机床为对象,对运动学标定中的测量轨迹评价和误差补偿进行实验研究。根据矢量闭环方程和一阶摄动法,分别建立了混联机床的运动学模型和误差模型。基于向量非正交度的描述方法,提出了一种用于评价测量轨迹的指标。利用该指标设计两个不同测量轨迹,并分别进行了标定实验研究,验证了指标的有效性。分析和比较了基于运动学正解和逆解的误差补偿方案,并通过标定实验验证了基于运动学逆解的误差补偿方案更能有效提高该机床的精度。“S”形试件切削实验结果显示94%的测点合格,验证了该指标和误差补偿方案的有效性。     

FANUC M-6iB关节型机器人运动学逆解研究及仿真

对FANUC M-6iB型机器人的运动学逆解进行了推导分析。采用前置D-H方法建立了运动学模型,通过对转换矩阵的观察分析,计算出了解析逆解。使用典型空间连续曲线作为目标轨迹,在MATLAB中进行了运动学模拟仿真,验证了逆解的准确性和运动的可行性,并使用图形用户界面GUI交互数据仿真了逆解结果。     

HOV水下机械手运动学和动力学建模研究

本文对"蛟龙号"载人潜水器的机械手进行了运动学和动力学建模研究.首先,针对潜水器作业的需要,分别对HOV机械手进行了正运动学、逆运动学建模分析;然后,结合所建立的运动学模型,利用MATLAB的robotic toolbox工具箱进行正运动仿真计算和机械手末端轨迹仿真,验证了模型的正确性;最后,采用拉格朗日方法对HOV水下机械手进行了动力学建模,重点考虑了潜水器运动对机械手运动学和动力学的耦合作用,并对耦合作用关系进行了建模推导.采用Simulink模块,搭建了动力学模型结构,并加入了运动学模块,对各模块自编程序,实现了对水下机械手动力学和运动学模型的仿真.     

考虑驱动摩擦效应的冗余并联机构动力学建模

为了对喷管段的型面进行精确控制,设计一种可以实现姿态调整的平面3自由度4-PRR冗余并联机构,根据机构运动特点,利用闭环矢量法求解该机构运动学逆解。在运动学的基础上,结合虚功原理和牛顿-欧拉法2种动力学建模方法建立考虑驱动摩擦效应的动力学模型。首先利用虚功原理和范数最小原则建立不考虑摩擦效应情况下该机构的逆动力学模型,然后基于该动力学模型,结合牛顿-欧拉法建立考虑"库仑+黏性"摩擦效应的动力学模型,利用MATLAB软件对所建立的2种动力学模型进行工程实例仿真,得到2种情况下的驱动力曲线,分析考虑摩擦效应与否的驱动力变化规律。研究结果表明:摩擦效应对驱动力影响显著。     

车铣复合机床运动学建模及逆解计算研究

机床的运动学模型建立了刀具和工件之间的运动学关系,是计算机床各轴运动控制指令的基础。文章针对传统的D-H变换法、多体理论在机床运动学建模中存在的问题,提出了基于旋量理论的机床运动学建模。根据TMS-200s型车铣复合机床的结构,求出各轴的运动旋量和指数矩阵,结合刀具和工件运动链,由指数积公式求得运动学正解模型,并基于该模型完成了逆解计算;针对逆解中的多解问题,提出了对称区间与非对称区间,分析了加工中旋转轴所有可能出现的解,并根据相邻行变化角最小的原则,有效地避免了旋转轴转角突变的问题;将2种不同方法计算得到的G代码分别在仿真软件Vericut中对自由曲面进行了模拟加工。仿真结果验证了该运动学模型的正确性和逆解算法的可靠性与必要性。     

3-RRRT并联机器人运动学和奇异位形分析

本文以3-RRRT并联机器人为研究对象,利用矢量法建立了解析形式的运动学方程,得出该机构每个支链的逆运动学有4个反解,因此机器人具有64组反解．利用MATLAB软件给出了第一支链的4个解和该机构逆运动学的一组解．基于雅克比矩阵的可逆性,研究了3-RRRT并联机器人的正逆运动奇异问题．结果表明：利用矢量法进行逆运动学问题分析更为简洁和方便．     

基于MATLAB的6R机器人逆运动学求解分析

本文通过D-H方法建立6R机器人坐标模型,将机器人末端执行器位姿~0T_h逆解问题转化为末端腕部点位姿~0T_6的逆解问题,排除~0T_h中含常量d_6的多项式,大大简化了求运动学逆解的复杂度。通过反变换法求得6R机器人逆解,提出以"最短行程+关节运动同向"为原则确定机器人最优逆解的方法,可以降低机器人运动能量消耗,同时减少关节运动换向,提高机器人运行稳定性和可靠性。利用MATLAB进行编程,设置6R机器人"关节加权系数"及"关节运动同向加权系数",对上述运动学逆解求解及优化方法进行了验证,说明该分析方法是有效性的。     

基于运算模块的锻造操作机主运动机构运动学与动力学分析

提出运算模块和运算图谱的概念并建立了运算模块的运动及力的模型、主运动机构运动学和逆动力学运算图谱,进而得到上述运算图谱统一求解函数。通过运算图谱统一求解函数得到一种新型主运动机构的位置正解、反解曲线图,从而得出该机构可实现近似直线的水平提升,有利于简化操作机的控制系统。同时得到在升降、前后缓冲和俯仰运动过程中各驱动力曲线图,利用ADAMS软件建立机构连杆虚拟模型,力的仿真曲线与力的数值计算曲线吻合,验证了该方法的正确性。     

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。     

基于6 UHU型并联机构的动载坦克模拟器螺旋耦合补偿

基于螺旋理论,以动载坦克模拟器为研究对象,对6-UHU型并联机构螺旋耦合现象进行分析.在逆运动学基础上推导耦合角度及耦合速度,提出动载坦克模拟器螺旋耦合补偿.考虑运动控制器及电机自身性能,以支链实际运动轨迹为模型输入,使用机构-模型联合运动方法对螺旋耦合补偿进行了实验研究.结果表明,该螺旋耦合补偿提高了动载坦克模拟器运动的平稳性和准确性,降低了抖动幅度,为模拟器的运动控制研究进行了有益的探索.     

七自由度仿人机械手的逆运动学分析

对一种7自由度仿人机械臂进行了运动学分析,在求出正运动学问题的基础上,运用位姿分离的方法对其逆运动学进行了运算。这种方法计算量比较小,适合实时控制。在MATLAB环境下,用Robotics Toolbox工具箱对该机器人的逆运动学、运动轨迹等进行了仿真,验证了计算的正确性。     

二自由度混合驱动机器实时在线误差补偿实验

针对混合驱动压力机的工作特点，以变结构控制策略为基础，提出基于逆运动学理论的混合驱动压力机运动控制实时在线误差补偿的运动控制方法，并开发控制软件，分别对混合驱动压力机实验机构无载和有载工况的实验结果进行对比．结果表明，滑块理想位移曲线与误差实时在线补偿得到的滑块实际位移曲线吻合度很好，经过误差补偿得到的机构最大拉深位移误差无载时仅为0．9％，而有载时误差为3．1％．说明实时在线误差补偿运动控制理论对混合驱动机构的运动误差补偿是有效的，其控制精度、快速响应和稳定性都达到运动控制的要求．     

基于改进遗传算法的FAST促动器油缸装配机器人运动学

促动器作为500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)主动反射面变形的驱动装置,共计2225台,是世界罕见的野外台站大规模应用的设备群.针对促动器油缸组件的实际装配需求,采用D-H法建立油缸装配机器人的关节空间;采用解析法求出装配机器人逆运动学的部分解析解;采用基于自适应多种群的遗传算法通过建立多目标函数得到了其余数值解.结果证明,给出的逆运动学模型正确;相比单种群、定算子概率、定迭代次数的传统遗传算法,给出的改进自适应多种群遗传算法稳定性好、收敛快、求解精度高.研究结果为FAST液压促动器油缸装配机器人末端执行器的运动轨迹规划打下坚实基础,也为相似机器人的运动学研究提供思路.     

电动缸伺服系统中误差平方根控制

针对电动缸带来的速比非线性导致系统快速性和精度之间难以匹配的问题,建立了火炮身管的运动学模型和动力学模型,提出了一种变系数误差平方根和带前馈的比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)分段控制策略,利用火炮身管的运动学模型和根据动力学模型拟合的加速度计算误差平方根控制系数,应用于系统的位置控制器设计.利用实际负载进行了台架实验研究,并与传统的误差平方根和带前馈的PID分段控制策略进行了对比.台架实验结果表明:该种变系数误差平方根和带前馈的PID分段控制策略可以明显减小火炮俯仰伺服系统的大调转时间和超调量,且不影响等速和正弦跟踪精度,具有一定的工程应用价值.     

汽车制动器试验台的能量补偿模型

依据能量守恒原理,将汽车的平动动能等效地转化为制动实验台的机械能量,对制动过程中由于机械惯量不足而缺少的能量,给出了电能的补偿方法,建立了电流依赖于可观测量的递推性的数学模型,并给出了实际控制方法与理论方法之间的误差计算方法,为制动试验台的计算机控制提供了极为便利的理论基础,同时为提高控制性能提供了解决途径。     

深水钻井补偿绞车的节能机理及解耦控制方案研究

为解决深水钻井电动补偿绞车能耗过高、钢丝绳磨损严重及运动耦合的技术问题,针对不同钻井作业过程,分析电动补偿绞车的节能潜力,提出一套基于能量回收的新型液压驱动方案,可以对不同钻井作业过程中的负载重力势能及绞车回转系统的惯性动能进行回收与再利用;分析电动补偿绞车的运动耦合机理,进而提出多套软硬件解耦控制方案,可以实现升沉补偿运动与自动送钻运动的解耦控制。设计绞车补偿系统的关键结构参数,研制一套原理样机及其试验系统,并针对不同海况与工况进行仿真与试验研究。结果表明:新型液压驱动方案相对于电驱动方案具有明显的节能效果;绞车的大滚筒结构提高了钢丝绳的使用寿命;基于差动行星传动与基于双绞车驱动的两种硬件解耦方案控制效果良好,满足海洋浮式钻井的性能要求。     

Error analysis and distribution of the driving mechanism for large spherical radio telescope active reflector

In order to reduce the cost, 3-PRS mechanism is introduced into the application of supporting the active reflector unit of large radio telescope. The kinematic model of 3-PRS mechanism with rotational joint errors is derived to solve the error problem in actual engineering application. Then based on the error model, inverse and forward kinematics are analyzed. Because the solutions can not be analytically expressed, a numerical method is applied. Afterwards, the parasitic motion errors are analyzed using search method and empirical formulas of the maximum parasitic motion error are put forward. Finally, the tolerance is distributed using empirical formulas to avoid interference between adjacent reflector units. The analyses provide a theoretical basis for the design and installation of large radio telescope active reflector.     

转向架与车体间的回转阻力矩测定

为更准确地测定不同形式的转向架的回转阻力矩,提出了一种实现转向架与车体间回转阻力矩测试的新型试验台.在阐述了回转阻力矩测定原理基础上,构建了曲线行驶时转向架与车体之间的回转角度数学模型及转向架回转角度时间历程函数,并利用空间运动学实现了作动器位移控制指令的解算.利用该试验台对某型车进行了实车试验.试验结果表明,回转阻力矩系数的实测值与理论计算值相差很小,验证了文中所建模型的正确性和试验台试验结果的可信性.