4UPS/UPR并联机构刚度特性分析

针对耦合型4UPS/UPR少自由度并联机构,分析了其自由度及耦合运动特性,给出了其旋量形式的一、二阶影响系数。借助于虚功原理及旋量形式的一、二阶影响系数,推导了4UPS/UPR并联机构包括外力、重力及非广义关节驱动力的静力学方程。通过对静力学方程微分,建立了机构完整的柔度模型,并以此为基础推导了其方向刚度模型,给出了方向刚度极值存在的必要条件。分析了机构位姿、铰链点尺度参数及坐标系选择对方向刚度特性的影响,并给出了相应的数值算例进行验证。     

绳驱动仿腕关节绳拉力分布和可控刚度特性分析

为模拟人臂腕关节的结构功能,提出了有别于传统仿生关节的3自由度绳驱动并联结构,即通过球副连接动平台与静平台实现腕关节的转动功能。考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单向受力性,对机构的位姿结构进行静力学分析,获得绳索张力表达式,同时建立绳张力分布优化模型,通过遗传算法得到绳拉力分布情况。通过建立运动学和静力学方程对机构进行受力分析,并引入线矢量和微分变换的方式,推导出机构的固有刚度和可控刚度,建立了腕关节静态位姿结构刚度模型,并给出刚度评价指标。分析绳索张力与机构刚度的关系和可控刚度对整体刚度的影响,数值仿真分析得出腕关节机构的位姿结构刚度在工作空间中的分布规律。     

二自由度平移并联机器人空间静刚度分析

为提高一种二自由度平移并联机器人机构静刚度分析的准确度,该文建立了六维空间静刚度模型,并对主刚度及主方向做出评价.考虑机构的驱动刚度、结构刚度和空间外载荷3个因素对整机静刚度产生的影响,对机构的支链和滚珠丝杠进行静力学分析,求出它们的变形.采用虚拟机构法并根据输入输出之间的速度映射关系分别得到支链和滚珠丝杠引起动平台产生的位姿变形,再由小变形叠加原理推导出机构的整体变形.根据空间外力及外力矩与机构整体变形之间的关系,建立机构的整体空间静刚度模型.基于正交变换法,分析机构的最大最小线位移和角位移刚度的特性.研究结果表明该二自由度平面平移并联机器人机构的静刚度是空间六维的,沿导轨轴线方向的静刚度具有各向同性,垂直于导轨轴线方向的静刚度与其位置有关.     

新型四自由度并联机构运动学分析及其优化设计

提出一种能够实现两维移动和两维转动的四自由度并联机构,该机构包含3条UPS型驱动分支和1条UPR型驱动分支.建立了该并联机构的三维模型及位置反解方程,利用虚设机构法求出机构一阶和二阶影响系数矩阵,并推导了速度和加速度表达式.利用Jacobian 矩阵条件数对机构进行全域性能指标分析,得到机构尺寸变化对性能的影响趋势,以及所给尺寸范围内速度、加速度性能较好的尺寸.数值算例验证了性能指标分析的正确性,为机构优化设计提供了理论依据.     

一种压电复合材料层合板机电耦合有限单元

基于压电复合材料层合板经典理论,建立了一种四边形机电耦合有限单元．所建单元具有ｍ个电自由度,可直接模拟单元中的电压作用和检测电压输出;单元每一节点具有５个位移自由度,可计及复合材料层合板的拉弯耦合变形．给出了各类刚度矩阵的形式,简述了利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导出机电耦合基本运动方程的过程,并根据所推导的有限元素和基本方程编制了程序并进行了计算,所得结果与文献中的计算和试验结果相吻合．     

基于修正质点弹道模型的双旋弹控制效果分析

针对一类固定鸭舵双旋弹,提出基于修正质点弹道模型的控制效果分析方法.将前体鸭舵滚转角作为控制量,在地面坐标系中建立了固定鸭舵双旋弹的6自由度外弹道模型.在鸭舵滚转角保持常值的条件下推导了动力平衡角计算公式,并得到修正质点弹道模型.给出了射程方向修正加速度和侧偏方向修正加速度的计算公式,并提出主导修正系数的定义.分析了主导修正系数对修正方向和修正距离的影响,说明该系数是决定固定鸭舵双旋弹控制效果的关键因素之一.仿真示例表明,用动力平衡角可以近似估算弹丸的攻角而且修正质点外弹道模型与6自由度外弹道模型的位置计算结果接近.      

滚珠丝杠传动系统的刚度模型

传动链刚度是机床中滚珠丝杠驱动进给系统建模和辨识的关键。该文基于静力学平衡方程和变形协调条件,建立了新的丝杠传动链静刚度模型;结合丝杠两端边界条件,求解其集中载荷过程激励的二阶波动方程频域Fourier变换,建立了分离参数动刚度模型,统一了2种模型。静刚度模型、动刚度模型低频特性与静刚度模型的一致性、动刚度模型的高频特...     

基于概率方法的机器人铣削加工颤振稳定性研究

将可靠性概率方法引入到机器人铣削模态耦合颤振预测中,首先建立可靠性模型,得到极限状态方程.其次,应用四阶矩法计算其可靠度和灵敏度以分析各参数对于铣削加工稳定性的影响.最后,基于机器人铣削加工骨头的工程背景给出了一个算例研究.结果表明:机器人两自由度方向的刚度、切削力系数和加工进给方向会影响铣削加工的稳定性;在一定范围内,增加X方向刚度,降低Y方向的刚度,减小切削力系数以及合理选择加工进给方向有利于避免模态耦合颤振的发生;系统对于切削力系数的变化相较于X,Y方向刚度更加敏感,对稳定性的影响更显著.     

3-PRS并联机器人的力学分析

对3-PRS并联机器人的力学求解进行了研究.首先针对并联机器人中的多个被动关节是影响其刚度和精度的主要原因,进行了3-PRS并联机器人的被动R、S关节的静力学求解,以作为设计高刚度的被动关节的依据;然后基于Lagrange方法及3-PRS并联机器人的一、二阶影响系数,建立该机构的动力学模型,并进行了动力学逆解计算仿真.结果表明了该模型的正确性.     

一种周期结构隔振器力学性能研究

设计了一种由弹性片和支撑柱组成的小体积高刚度新型周期结构金属隔振器.首先利用微机控制电子试验机对其进行静力加载试验,得到静载下载荷-位移特性曲线.基于有限单元法,建立周期结构有限元模型,并以和试验相同的工况进行静力学分析,仿真和试验结果吻合良好.在此基础上研究了各主要尺寸参数对刚度的影响,结果表明,弹性片厚度对刚度影响较大,弹性片内径和层数对刚度影响较小.最后通过将周期结构隔振器等效为多自由度弹簧-质量模型,应用模态叠加法建立了动力学方程并推导出了力传递表达式,通过有限元进行了仿真对比并进行了试验验证.结果表明,理论和仿真匹配良好,且当承载质量超过一定值后,即可将周期结构简化为单自由度处理.     

刚度控制机器人的机构稳定性设计

刚度控制机器人需要提高与任意环境接触或交互的稳定性,使机构末端可在较小位移下实现较大输出力。从机构参数模型出发,以任意环境下可稳定达到的最大控制刚度来衡量机构的稳定性或稳定范围,并考虑各向同性,研究机器人参数设计理论与方法。以一种2自由度机构设计为例,首先建立动力学模型并分析其耦合特性;然后对各解耦运动链的等效单自由度模型作稳定性分析,给出机构最大稳定控制刚度的定量表示;最后对两组具体参数进行校核和对比分析。结果说明:电机输出轴径、传动比和关节杆长等参数对机构稳定性影响较大,可通过调整这些参数来改善机构刚度控制的性能。     

一般性直齿面齿轮双分支传动系统静态均载特性

为系统研究面齿轮分支传动系统的静态均载特性,分析了非正交偏置的一般性直齿面齿轮双分支布置形式、系统啮合相位差,考虑安装误差和弹性变形推导了系统的变形协调条件,并与扭矩平衡条件和静力平衡条件联立,建立了非正交偏置的一般性直齿面齿轮双分支传动系统的静力学扭矩分配模型,给出了静态均载系数的计算方法,分析了安装误差、输入载荷、支撑刚度、扭转刚度及啮合刚度波动幅值对静态均载特性的影响.结果表明:分流级轴错角误差对均载性能影响最大,且当存在安装误差时,输入载荷和扭转刚度对均载性能有重要影响;为获得系统的均载,应消除啮合相位差影响,并采用偏置分流传动形式,同时减小输入小轮支撑刚度及各齿轮副啮合刚度波动幅值.     

2UPU/SP 3自由度并联机构的动力学性能评价

动力学特性是并联机构的一项重要性能。该文以一种用于航天复合材料加工的混联机器人中的2UPU/SP并联机构为研究对象,考虑两个UPU运动学支链的平面约束特性,建立了该3自由度并联机构的运动学模型,并基于虚功原理,推导了动力学模型。给出一种动力学性能评价指标,该指标以一个驱动力为单位量且其他驱动力小于或等于单位量时的动平台最大加速度来评价并联机构的加速性能。基于给出的动力学性能评价指标,对2UPU/SP并联机构的线加速度和角加速度分别进行评价,并与一种传统的2UPS/UP并联机构进行比较,结果表明2UPU/SP机构具有更好的加速度性能。     

弹性铰平面并联三自由度机器人连续刚度映射研究

应用影响系数法求解了弹性铰平面并联3-RRR机器人的一阶、二阶影响系数,借助虚功原理建立了包含主、被动铰链弹性变形,杆件及其平台自重的连续刚度映射模型.与以往刚度模型区别在于,该连续刚度模型考虑了机构刚度变化的动态过程,从而使并联机器人刚度非线性映射还原.文中还结合刚度矩阵瑞利商定义了连续刚度判定指标七,绘制了刚度性能空间图,进一步探讨了该机构的方向刚度特性,为平面并联弹性铰机器人机构刚度的分析提供了一种新颖通用的方法.     

平面闭链五杆机构的动力学分析

用复矢量法结合拉格朗日第二类方程对平面闭链的两自由度五杆机构进行了动态分析，给出其等效转动惯量，由导出的动力学方程指出影响平面五杆机构运动特性的关键因素、产生耦合的原因及解耦需满足的条件。提出了两自由度五杆机构实现完全解耦的可能方法，为平面闭链五杆机构的合理设计提供了必要的理论依据和简单可行的研究方法。     

基于逆系统的六自由度机械臂解耦内模控制

六自由度机械臂的强耦合非线性特性加大了机器人控制的难度,为解决这一问题,研究了一种解耦控制方法.基于拉格朗日力学建立六自由度机械臂的动力学模型,并利用逆系统方法推导其逆系统模型,将逆系统模型串联在原系统的前面构成伪线性系统.仿真实验表明,该系统被解耦为6个二阶积分子系统,但建模误差与外部干扰会影响模型的准确性,从而影响...     

柔性翼飞行器刚柔耦合动态特性研究

针对柔性翼飞行器柔性机翼弹性运动与飞行器刚体运动具有强耦合特性,基于拉格朗日方程,建立了柔性翼飞行器动力学模型.在特征点处对动力学模型进行小扰动线性化处理,并联立非定常气动力模型,得到了状态空间形式的纵向线性运动方程.分析了机翼结构刚度对飞行器纵向稳定性的影响以及飞行器的模态耦合动态特性.研究结果表明,柔性翼飞行器的弹性自由度会对飞行器的短周期模态造成较大影响.随着飞行速度的提高,短周期模态频率增加而1阶弯曲弹性模态频率降低,当两者频率趋向一致时,飞行器会发生体自由度颤振,体自由度颤振速度要明显低于基于悬臂梁机翼模型计算得到的颤振速度.      

基于含等效球铰的3-RPS自调平升降机静力学研究

为了解决折叠臂升降机在坡度稍大路面上难以正常工作的问题,通过并联机构和串联机构的组合,并考虑球副转角范围的要求,提出了基于含等效球铰的3-RPS并联机构自调平升降机设计方案;为了能正确分析该结构强度和刚度,通过建立动平台与支链、折叠臂之间的静力平衡方程和静力雅克比矩阵,推导出了升降机的完整静力学模型,并着重研究了其中含等效球铰的3-RPS并联机构静力学模型,通过算例1对比传统3-RPS并联机构的静力学模型验证了含等效球铰的3-RPS并联机构静力学模型的正确性,通过算例2确定了油缸径向力的影响因素并得到了减小径向力的解决方法;该研究为含等效球铰的其他并联机构静力学研究提供了理论基础。     

大挠度复合夹心板弯曲问题的半解析有限元法

本文首先对复合材料夹心板进行了刚度分析，建立了其等效组合刚度系数．然后，利用半解析有限元法沿板宽度方向进行有限元离散，而沿长度方向采用深梁振型函数，建立了位移函数，推导了大挠度情况下的平衡方程．通过实例计算，本文方法精度较高且自由度少．     

导流缆拖曳系统准动态运动建模及仿真

为准确预报分析导流缆拖曳系统的宏观（整体）运动,同时为避免模型过于复杂致方程系数难以准确获取而显得没有实际意义,提出了一个准动态四自由度运动模型以描述导流缆的运动,并采用数值仿真研究方法分析其运动响应特性.根据导流缆微元运动特点,将其运动分解为3个动态平动运动自由度及1个稳态轴向转动运动自由度;并根据集中质量法基本思想,推导给出了具体的四自由度运动控制方程,较为完整地计入了缆张力、流体作用力、重力、浮力及各力矩的作用,并采用四阶龙格库塔方法积分求解方程.通过数值仿真计算,研究了导流缆拖曳系统在不同情况下的运动,并得到了一些有意义的运动响应特性.