冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

一种并联式太阳能聚光器二轴跟踪机构能量消耗

该文针对传统太阳能聚光器二轴跟踪机构刚度低、能量消耗大等问题,提出一种具有驱动冗余的并联式太阳能聚光器跟踪机构,并研究其动力学建模方法及能量消耗。首先基于跟踪机构的运动学模型,利用虚功原理推导其动力学模型;然后规划跟踪机构跟踪太阳运动轨迹,并分析其跟踪太阳运动过程中驱动力变化以及能量消耗;最后比较该驱动冗余并联跟踪机构与其对应的非冗余跟踪机构在相同运动条件下的驱动力以及能量消耗。仿真分析结果表明:该文提出的跟踪机构具有高刚度、低能耗的优点。     

含恰约束支链的冗余驱动并联机构性能分析

针对航空航天领域大型异构件复杂曲面的高速铣削加工的任务要求,提出了一种新型1T2R的三自由度含恰约束支链的冗余驱动4-PUS-UP并联机构.对并联机构进行运动学位置逆解,求该机构的驱动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,进而构建量纲一致的雅可比矩阵.引入条件数、运动/力传递性能和刚度性能评价指标.通过算例绘制3-PUS-UP并联机构和该冗余驱动并联机构的性能分布图,并计算全域性能指标.结果表明:该冗余驱动并联机构的运动学性能优于3-PUSUP并联机构,具有更好的工程应用前景.     

冗余驱动过约束并联机构受力分析

含有驱动冗余的过约束并联机构具有承载能力大、各向同性良好等特点,但其同时含有主动过约束和被动过约束,受力分析相当复杂。本文以4-PRRR冗余驱动过约束并联机构为对象对该类机构受力的超静定问题进行研究。首先针对主动过约束问题,基于特定的优化目标求解出各驱动力大小。然后针对被动过约束问题,建立各分支过约束力螺旋系的刚度矩阵和机构整体刚度矩阵,分析驱动力在过约束力螺旋系轴线方向产生的耦合变形,采用加权广义逆方法求解得到过约束力螺旋系幅值。联合Solid Works、ANSYS和ADAMS软件建立机构的刚柔混合模型并进行受力仿真分析,仿真结果与理论值基本一致,验证了理论分析结果的合理性。     

3自由度冗余驱动下肢康复并联机构的运动学优化设计

研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构的概念设计和运动学优化.首先对该3自由度并联机构进行了简要介绍,然后推导了其运动学正逆解的解析解.基于螺旋理论,对该机构进行了广义雅可比分析,通过对4种非冗余驱动情形的力/运动传递性能分析,提出了一种用于评价该并联机构运动学性能的局部传递率指标.最后,借助于遗传算法,通过最大化局部传递率指标的全域平均值对该机构的设计变量进行了优化.运动学优化的结果表明,本文所提出的并联机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能.     

新型4自由度并联机构的动力学建模与分析

对虚拟轴工作台并联机构做了静力分析和动力分析.采用分析静力学的虚位移原理建立静力平衡方程,并用该方程计算了机构处于某种静力平衡状态下的平衡驱动力及力矩.采用影响系数矩阵及应用达朗贝尔原理建立了机构的动力学模型,并对并联机器人做了虚拟样机动力学仿真.机构的力分析为虚拟轴工作台样机的主动副驱动力设计提供了参考.     

基于Kane方程的3SPS+1PS并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3SPS+1PS并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,基于凯恩方程法,从并联机构的运动学出发,建立了各主动支链与动平台中心点速度、加速度之间的关系。选取动平台中心点的速度和姿态角的导数为广义速率,得到了各构件的偏角速度、偏速度,考虑并联试验机的摩擦环节,建立了库伦摩擦模型;并通过得到的广义惯性力、广义主动力和广义摩擦力建立并联试验机的动力学模型。通过对动力学模型仿真得到主动支链的驱动力和驱动功率,并分析其动力学特性及摩擦力的影响。     

两类平面并联机构凯恩动力学建模与比较研究

研究了冗余驱动平面4-RRR并联机构与非冗余驱动平面3-RRR并联机构的刚体动力学建模及其性能比较.首先,从运动学角度出发,推导了两种机构的运动学逆解模型.其次,基于Kane方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法.该方法简捷、高效,可有效简化动力学建模过程,并可获得结构紧凑的系统动力学模型,对于控制策略的构建极为便利.最后,在MATLAB编程环境下,分别从运动学与动力学性能指标、逆刚体动力学仿真等方面对两种机构进行了比较分析,验证了冗余驱动在规避奇异、提升系统动态性能等方面的有效性,为后续基于模型的控制策略设计奠定了理论基础.     

蠕动转向关节动力学建模与分析

为确立拱泥机器人蠕动转向关节的运动关系,提出了可实现直行和转向运动的3自由度并联机构动力学模型.基于对3-UPS并联机构运动特性的分析吗,首先建立了3-UPS运动学模型,得出3-UPS并联机构动平台和各支链的速度以及加速度关系式.基于Lagrange方程建立3-UPS并联机构的动力学模型,确立了系统的驱动力、驱动力矩以及各个支链主动杆的驱动力.利用Matlab软件对其动力学模型进行仿真分析,得到的驱动力和驱动力矩变化曲线为拱泥机器人控制系统设计提供了技术支撑.也为少自由度并联机构动力学分析提供参考.     

双端虎克铰型六自由度并联机构的动力学模型

为对支链两端为虎克铰型的并联机构进行优化设计及运动仿真,建立了六自由度的该类并联机构的动力学模型。基于运动学分析推导了机构的几何Jacobi矩阵,采用Newton-Euler法建立了所有构件的动力学方程,根据D'Alembert原理的约束理想性条件并利用几何Jacobi矩阵消去各方程中的未知约束反力,最终得到了各主动副驱动力的表达式。以一个六自由度运动平台为例进行计算,验证了该模型的正确性。该模型可用于实际的支链两端为虎克铰型的并联机构的分析和设计。     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。     

四驱电动车经济性改善的最优转矩分配控制

阐述了转矩分配控制实现四轮驱动电动车经济性改善的思路，采用效率最大化方法优化确定了转矩分配系数矩阵作为最优转矩分配控制策略核心，针对各种驾驶循环进行了能量消耗的仿真分析，仿真分析表明，最优转矩分配控制方法能够明显减少驱动能量消耗，增加反馈制动能量回收，总体能效提高约3％，同时能够大大降低轮毂电机的发热功率，延长其使用寿命，转矩分配最优化的控制方法能够应用于采用轮毂电机的纯电动车、前轴机械驱动，以及后轴电驱动的混合动力四轮驱动汽车的能量消耗经济性改善控制。     

基于粒子群算法的空间机械臂关节驱动力矩优化设计

采用绝对节点坐标方法对空间柔性机械臂臂杆进行动力学建模,采用自然坐标法对机械臂关节进行建模,最终得到刚柔耦合的空间机械臂动力学模型.对冗余自由度机械臂进行逆运动学分析,由规划的末端轨迹得到了含自运动项的关节转角轨迹.利用动力学方程中Lagrange乘子的物理意义,对机械臂系统进行逆动力学分析,推导了关节轴瓦与轴颈在运动过程中受到的关节驱动力/力矩.利用粒子群算法优化机械臂的自运动项,得到了最小化的关节驱动力矩能耗,从而形成了一种冗余空间机械臂关节驱动力矩优化设计新方法.在平面三连杆柔性机械臂进行了数值仿真,仿真结果表明:所提出的方法在实现末端轨迹跟踪的同时,能有效降低关节力矩能耗;得到的关节力矩连续性好,能够满足工程实际需要.      

有多重虚约束的内平动齿轮传动机构力学分析

建立具有多重虚约束的内平动齿轮传动机构的力学模型. 通过计入各运动副处的接触变形,建立变形协调方程,结合各构件的力学分析,得到其力学模型. 结合具体实例,得到了高速级齿轮的啮合力变化情况,给出了曲柄转矩、平动齿轮轴承力及方位角、支撑轴承力及方位角随曲柄转角变化的规律,分析了设计参数对平动齿轮轴承载荷的影响,给出了两相平动齿轮与内齿轮啮合力的变化规律. 实例分析结果表明,较大的尺寸系数及较小的啮合角对提高轴承的寿命十分有利.     

闭链机构机器人的运动分析和动力分析

本文作了单闭链结构机器人的运动分析和动力分析。作运动分析时,将单闭链分为左右两路,建立某一中间杆的位姿。速度和加速度恒等式,求出了从动关节的位移、速度和加速度关系式。在此基础上,导出了各杆速度和加速度计算公式。然后,应用Kane方程导出了单闭链结构机器人的动力学逆问题计算模型。     

冗余度机器人速度及力传递性能的度量方法

在速度和力可操作椭球的基础上,定义了冗余度机器人机构速度和力方向的可操作度．利用速度和力方向可操作度,度量机器人在当前位形状态下沿指定方向速度和力的传递能力,并通过优化,确定速度和力的最佳传递方位和最佳操作位形．算例表明,平面冗余度机器人机构在给定位形条件下,传力性能强(弱)的方向上传速的性能弱(强)。     

平面三自由度并联冗余机器人的位置与工作空间分析

提出一种新的平面三自由度并联冗余机器人位置分析方法 ,运用这种方法进行了位置正解和位置反解分析 .对于位置正解 ,其中方程的解最多为 4 ,说明这种平面并联机构可以有 4种不同的位姿 .对于位置反解 ,可以有 16组解 .然后 ,又对平面三自由度并联冗余机器人的工作空间进行了讨论 .最后用数值实例进行了验证 ,给出了计算结果 .     

基于任务的两协调机械手的关节轨迹优化

介绍了机器人协调控制和冗余度机器人的研究的一般方法,从工作椭球角度研究了两个协调机械手的关节轨迹优化．从任务出发,根据运动和力的需要,定出期望的可操作性椭球;把期望的椭球与两机械手实际可操作性椭球的相交体积作为性能指标,用零空间控制进行优化,利用冗余产生出满足终端运动要求的、优化的关节轨迹．为了对平面上两个３连杆机械手进行分析,为了比较,用零空间控制和伪逆控制分别进行关节轨迹规划．结果表明：用零空间控制时,两机械手实际可操作性椭球与期望的椭球相交体积变大、性能指标提高;用伪逆控制时,两机械手实际可操作性不能逼近期望的椭球．文中通过椭球把运动和力的控制结合起来,仿真实例证明了文中控制算法的有效性．