非光滑链式多体系统的接触动力学建模与仿真

研究了非光滑链式多体系统中的碰撞与摩擦混合约束问题,利用能量变分原理建立了含碰撞行为的多体系统动力学方程。通过集成刚体的空间几何约束和单边约束,可以考虑多散体碰撞和链式多体碰撞行为。非光滑刚体间的摩擦特性对刚体斜向碰撞后的空间运动轨迹具有非常重要的影响,可引起刚体的平移与旋转。在多体动力学方程中综合空间几何约束和刚体摩擦物理约束,得到了含几何-物理混合约束的散体/链式多体混合系统动力学方程,然后基于开源CapSim系统,对大规模散体和链式的碰撞和摩擦行为进行仿真,得到系统的整体特性行为,所采用的方法同时提供了较好的实时性。     

基于响应面法和遗传算法的某SUV前悬优化

为了提高SUV的操纵稳定性,实现越野车型前悬架性能的优化,以某SUV的前悬架为研究对象,以多体动力学为基础,利用ADAMS/Car软件建立了某中大型SUV的前悬架装配动力学模型.采用灵敏度分析选取对前轮定位参数影响大的关键点作为优化变量,基于响应面法建立了3种阶次的响应面模型.在MATLAB中运用遗传算法得到了响应面模型目标函数的最优解,最后对各优化结果进行对比分析.研究结果表明响应面法能较精确地表示前轮定位参数,遗传算法优化可以明显减小前轮同向跳动过程中定位参数的变化量.     

4足机器人腿部机构运动学分析及步态规划

为提高足式机器人的承载能力与运行稳定性,提出了一种基于3UPR并联机构的4足机器人,并对其运动性能进行分析. 运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,通过位置反解模型对机器人腿部机构进行运动学分析,得到驱动进给量和驱动速度. 通过ADAMS仿真与理论计算结果的数据对比,验证模型建立的正确性. 通过求解速度雅克比矩阵对机构进行奇异性分析. 根据单腿的运动轨迹,对机器人进行对角步态规划. 结果表明该机构具有X、Z方向转动和Y方向移动的3个自由度. 该机构不存在奇异位置,且具有良好的运动性能. 步态仿真结果表明,机器人可以在平地上实现平稳运动,前进速度达到135 mm/s.      

Kinematic Modeling and Characteristic Analysis of Eccentric Conjugate Non- circular Gear ＆ Crank-Rocker ＆ Gears Train Weft Insertion Mechanism

A novel weft insertion mechanism named eccentric conjugate non-circular gear & crank-rocker & gears train weft insertion mechanism was proposed in order to better meet the requirements of rapier loom’s weft insertion mechanism as well as reduce the manufacturing difficulty. Meanwhile, based on the working principle of this mechanism, kinematical mathematic models of this mechanism were established and an aided analysis and simulation software was compiled. The influences of eccentricity ratio, deformation coefficient, and other important parameters on the kinematics characteristics of this mechanism were analyzed by using the software. A group of preferable parameters which could meet the requirements of weft insertion technology were obtained by means of human-computer interactive optimization method. The maximum velocity, maximum acceleration, and variation of acceleration of this mechanism are smaller than those of the conjugate cam weft insertion mechanism applied on TT96 rapier loom under the conditions of the same unilateral total stroke of rapier head and the same rotary speed of loom spindle; meanwhile the other demands of weaving technology can be met by this novel weft insertion mechanism.     

基于AFM推动的纳米棒建模与操作

研究了AFM推动作用下纳米棒的运动情况,引入了与速度相关的黏滞摩擦力,建立了纳米棒体的运动学模型.在运动学模型的基础上,针对AFM单探针及纳米环境操作不确定性问题,对AFM探针操作参数的设置进行了讨论,提出了虚拟纳米手Z字形稳定操作策略.仿真及实验结果表明:纳米棒的运动学模型能够实时预测推动操作后棒体的瞬心位置,虚拟纳米手Z字形操作策略能够将棒体的位置误差限制在规定误差范围内,实现了纳米棒的稳定、定姿态操作.     

水下矢量推进器系统的设计与分析

运用三维软件PROE设计了一种基于杆件传动的液压驱动矢量推进装置,提出了通过控制液压缸驱动来达到控制壳体的偏转方向的方案.通过建立数学模型和MATLAB计算,证明了偏转角度与液压缸位移量一一对应的关系.通过AD-AMS仿真进一步证明了这种矢量推进装置应用于水下运载器的可行性,该装置能降低运载器推进系统的复杂性.     

五指仿人灵巧手运动学与动力学模型

对气动人工肌肉驱动的五指仿人灵巧手进行了运动学及动力学分析. 在Matlab上进行了仿真计算,建立了灵巧手的运动学模型并求得其解析解;同时用Newton-Euler方法对灵巧手进行了逆动力学分析,得出了灵巧手的动力学方程.通过基于灵巧手动力学模型和气动人工肌肉静态模型的主从控制实验,结果表明,可以通过数据手套采集关节的角度变化信息控制灵巧手完成抓取物体的动作.     

The design of a novel parallel haptic device

A novel haptic device which is characterized by large workspace, high rigidity, simple kinematics and easy construction is presented. This device is a parallel mechanism which is composed of a base plate, three sub-chains, and a mobile plate. Each sub-chain is attached to the base plate through a pin joint and to the top plate through a spherical joint. The sub-chain is derived from and kinematically equivalent to a pantograph linkage but is redesigned to solve the difficult problem of motor-fitting. The spherical joint is of the ball-in-socket type, but has much larger workspace than its regular counterpart. The kinematics is analyzed, and the inverse kinematics analysis is performed with a geometric approach. The complete workspace is readily obtained with the spherical coordinate system searching method. The optimal value of the cone angle of the spherical joint is shown to be 100°.     

柴油机机体辐射噪声预测及低噪声改进设计

为降低柴油机的整机噪声,采用虚拟预测技术对发动机的机体进行了低噪声改进设计.首先建立了由柔性机体、柔性曲轴和刚性连杆、活塞、平衡轴组成的单缸柴油机的多体动力学模型.通过动力学仿真求解得到传递给机体的各种激励力,再根据FEM/BEM耦合的方法求解出整机的辐射声功率级,仿真得到的结果与实验结果吻合较好.最后通过对原机体的结构进行改进设计,不仅降低了整机的声功率级,减小了机体对油底壳、齿轮室盖的激励,还节省了约5 kg的材料.     

6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行了研究。建立了一类具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组。基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件编制了基于Mathematica语言的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解。