耦合型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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

少自由度并联机构研究进展

各种新型少自由度并联机构的理论和实验研究是近年来国内外机器人领域中十分重要的研究方向和前沿技术。与6自由度并联机构相比,其本质差异在于少自由度并联机构存在结构约束,使并联机构的分支中出现了约束力/矩。当机构运动受到约束,其末端运动呈现耦合。由于结构约束形式各异,使得少自由度并联机构在运动中表现出不同的运动特性。本文综合评述了少自由度并联机构机型、运动学、机构奇异、动力学、刚度研究进展,旨在为各种新型少自由度并联机构研究和相应理论体系的发展提供具有重要价值的信息。     

具输入及输出树状链并联机构的运动分析

在普通六自由度并联机器人研究的基础上,提出一种更具一般形式的并联机构,并着重讨论了建立其一、二阶运动影响系数矩阵和机构的位姿速度和加速度的求解.     

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.     

水轮机固定导叶的动力特性

为计算水轮机固定导叶的动力特性，提出了计算座环约束刚度的一个简化方法，推导了刚度系数的计算公式，利用通用板单元分析了导叶在空气中的自振特性，并在真机上作了原型观测；计算结果与实测值吻合较好，进而考虑流体耦合因素，计算了固定导叶在水中的动力特性。     

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...     

独塔斜拉桥动力特性影响因素分析

以独塔单索面混凝土斜拉桥为研究对象,通过建立有限元模型,对其进行动力特性分析,并给出该桥的前10阶频率和振型。在此基础上,研究了质量变化、主梁竖向刚度、主梁横向刚度、塔柱刚度、斜拉索参数单一变化对结构动力特性的影响,并对其影响规律进行了分析,研究结果为同类桥的动力研究提供参考。     

滚珠丝杠传动非线性刚度动态特性的数值仿真

数控工作台是一个复杂的非线性动力学系统.其滚珠丝杠副刚度的非线性变化规律分别呈软弹簧和硬弹簧特性,其动态特性分别遵循软、硬特性的Duffing方程.用MATLAB/SIMULINK仿真平台,分别对软、硬特性Duffing方程的动态特性进行仿真,得到不同工况下的特征相图.仿真结果表明其几何特征丰富多彩;存在周期运动、准周期运动和混沌运动等多种运动状态;存在由倍周期分岔向混沌运动的演变过程;软特性比硬特性运动状态复杂、出现混沌的机会更多.提出了为提高精加工过程中的质量,应把工件装夹在工作台中间,使加工过程中滚珠丝杠副运行在弱非线性区;精选走刀方向,使刚度非线性呈硬特性,以减少出现混沌的机会.     

变系数微分方程的常系数化条件

不同于解具有e∫φ(z)dz形式的待定函数法,由引理1给出了n阶变系数微分方程具体的因变量代换形式,从而给出n阶变系数微分方程常系数化的充要条件并加以详细证明,由此得到二阶、三阶变系数线性微分方程常系数化的充要条件,同时指出三阶变系数微分方程在具体应用中令a1=0的简便性.对二阶变系数非线性微分方程的常系数化给出两个使其可积的条件,并举例论证.     

关于四波混频的理论探讨

文中以三阶非线性光学为基础,从求解耦合波方程出发,讨论了几种在克尔介质中四波混频相位共轭过程,给出了相位共轭反射率和透射率,通过做出解的图像,分析了介质反向相位共轭波的光强分布,并确定为工作在最理想情况下非线性耦合系数与介质长度的乘积所应满足的要求。     

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.     

一种新型3-RPRRR并联机构的运动学分析

对一种新型3-RPRRR并联机构进行了运动学分析。首先,基于约束螺旋理论,利用修正的Grübler-Kutzbach自由度计算公式分析了该机构的自由度。然后对该机构进行了位置反解分析。最后采用虚设机构法与运动影响系数理论相结合的方法对该机构进行了速度和加速度分析,并进行了数值验证,表明该方法表达简洁,易于求解。所有这些研究表明:该机构的运动学性能稳定,适合实际应用。