单自由度四足机器人腿部行走机构分析

本文介绍了由切比雪夫四杆机构和平行四边形缩放机构组成,衍化得到的一种单自由度四足机器人的腿部行走机构。首先建立平面坐标系并利用解析法,根据腿部机构简图建立相应的数学模型,得出该机构的运动学方程。其次,在机构分析SAM环境下对该腿部机构进行运动仿真分析,得到足端轨迹图,并改变腿部机构中变量大小观察足端轨迹的变化。最终确定了方案的可行性以及机构设计的合理性。该机构提出了一种成本低,节约能源的,易于实现的单自由度四足机器人的腿部机构。     

基于整体传递矩阵法的导向工具偏心主轴动力学特性

指向式导向工具主轴是进行导向作业的关键部件之一,其动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,因此非常有必要开展工具主轴偏置状态下的动力学特性的研究。基于整体传递矩阵法,建立了指向式导向工具外壳-轴承-主轴系统动力学模型,推导出了主轴任意节点处的几何和力学方程,分析了空载工况下导向工具整体固有频率和振型,结合实例计算了不同偏心距和不同转速下的导向工具主轴测点偏移量,并利用指向式导向工具的试验台架进行了主轴测点偏移量实验验证。结果表明,实验测得的数据与理论推导的主轴测点偏移量数据非常接近,误差最大仅为6.48%,由此验证了所建力学模型的合理性。     

大型结构传递矩阵法的并行算法

根据ＭＩＤＭ型机的并行环境，提出了大型结构动力分析中传递矩阵法的并行算法，并给出了具体的计算格式。     

基于多体系统传递矩阵的柴油机配气系统动力学分析

利用多体系统传递矩阵分析柴油机配气系统的动力学特性,推导基于多体系统传递矩阵的动力学模型建模过程,建立了配气系统基于多体系统传递矩阵的单质量和二质量动力学模型.为检验该方法建模的有效性,以某柴油机配气系统为例,将以新方法建立的多体系统传递矩阵模型与多刚体系统动力学模型、GTSUITE建立的多柔体动力学模型进行比较.实验表明,多体系统传递矩阵模型较多刚体系统动力学模型对于气门的升程曲线、丰满系数等参数的计算值误差更小,且求解更简便;较多柔体动力学模型建模更方便、快捷.     

一种基于柔性腿部与主动腰部的仿猫四足机器人设计方法

目前大多数四足机器人以刚性腿部结构设计而成,部分机器人加入了单一自由度的腰部实现单方向的运动,但是总的来说都难以实现动物腿部肌肉、腰、脊椎关节的柔性运动。在四足动物中,猫拥有极强的运动灵活性。为更好地模拟猫的运动特性,参照猫的腿部骨骼结构和柔性组织,提出了一种具有柔性腿部和主动腰部的仿猫四足机器人设计方法。首先,从仿生学的角度研究猫的生理结构和运动方式,设计了包含弹簧-阻尼器系统四杆机构的柔性腿部,转动灵活且工作稳定的主动腰部和带有脊柱固定系统的前后躯干。同时,使用有限元分析工具对受力情况复杂的关键零件进行强度与刚度优化。之后,开发了运用新设计的仿猫四足机器人原型机,通过运动仿真软件配合原型机,进行了Trot步态行走、跳跃、落地缓冲和越障等实验。实验结果表明,相较传统的刚性腿部结构和单自由度腰部,应用该设计方法的四足机器人在运动性能方面有着显著优势,充分验证了其可行性与有效性。研究结果为四足机器人的设计提供了一种新的解决方案并给出了其理论依据和参考设计实例。     

四足机器人的动力学分析与仿真

针对四足机器人的结构特点,利用拉格朗日法导出其简化结构多刚体系统的动力学方程烫组.同时利用ADAMS建立了四足机器人的虚拟样机,采用规划好的步态,对其进行动力学仿真.仿真结果验证了动力学数学建模的正确性及结构设计的可行性,为提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息.     

基于动力学缩比和传递矩阵法的水平井基频求解方法

为提升振动固井技术的应用效果和固井效率,提出一种水平井套管柱基频的求解方法。基于动力学相似理论推导获得水平井套管柱基频的相似比,通过传递矩阵数值求解方法进行试验模型的基频计算,并通过试验对该方法进行正确性验证分析;依据基频相似比,结合传递矩阵计算方法实现原型水平井的基频计算。结果表明：通过传递矩阵法,能够对水平井缩比模型基频进行求解,计算结果与缩比模型振动试验结果吻合较好,计算与试验误差小于10%;随着离散质量点数增加,求解精度大幅度增加,误差从114%、89.9%、44.1%缩小至2.3%;成熟的动力学相似理论与经过验证的传递矩阵法相结合,无需实体模型即可实现对原型井基频的求解,通过该方法可缩短技术周期,降低成本。     

多体系统离散时间传递矩阵法与有限元法混合方法

利用多体系统离散时间传递矩阵法（MS—DT—TMM）处理同时含有小运动小变形弹性体子系统和大运动多刚体子系统的机械系统,将两子系统的连接处作为各个子系统的边界,采用有限元法建立小变形弹性体子系统动力学方程,采用MS—DT—TMM模拟多体子系统动力学,联合这两套方程可进行总体系统动力学分析,形成了多体系统离散时间传递矩阵法与有限元法的混合方法。通过数值算例证明了方法有效,为扩展MS—DT—TMM的应用范围提供了途径。     

多体系统传递矩阵法在多管火箭动力学中的应用

多管火箭动力学分析是评估和提高多管火箭性能的前提和关键。应用多体系统传递矩阵法，建立某多管火箭刚柔耦合多体系统动力学模型，构造多管火箭增广特征矢量及其正交性条件，实现对多管火箭振动特性和动力响应的仿真，仿真结果得到了试验验证。对两种多管火箭的振动特性和动力响应的计算，为用非满管射击替代满管齐射客观评价多管火箭动态性能，为优化射序和射击时间间隔提高多管火箭射击密集度奠定基础，大幅度减少了某远程多管火箭密集度试验用弹量50％，提高某多管火箭射击密集度。     

基于分数阶的电动轮足式机器人腿部阻抗控制研究

为了减少机器人足端落地冲击力,提高机器人对复杂地形的适应能力,将基于位置的阻抗控制应用于电动轮足式机器人足式运动过程的柔顺性控制,提出具有分数阶结构形式的阻抗控制器以改善系统的接触性能.由于位置闭环的带宽会影响目标阻抗的实现,引入逆位置环补偿环节以提高系统的阻抗跟踪性能.仿真与实验结果表明,分数阶阻抗控制不仅能够实现足端与地面的稳定接触,而且相比于常规的二阶质量-阻尼-弹簧阻抗控制,能实现更好的接触过渡性能.      

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.     

基于传递矩阵方法的排气消声器计算机辅助设计

为实现消声器选型的程序化,在建立消声系统数学模型的基础上,通过对常见的抗性排气消声器的结构分析,将基本的消声元件分为7种,在考虑均匀流和线性温度梯度的前提下,推导了它们的传递矩阵;并且在此基础上建立消声系统消声量预测模型和压力损失计算模型.利用VC 和Matlab联合编制了排气消声器性能预测的通用CAD软件,将软件的计算结果与试验结果进行比较,吻合较好.该软件具有一定的实用价值及应用前景.     

多体系统传递矩阵法在超高射频武器发射动力学中的应用

该文以“金属风暴”武器系统为研究对象,基于多体系统传递矩阵法,建立了其刚弹耦合的发射动力学模型;推导了该武器系统特征方程,计算了系统固有振动特性;构造了系统增广特征矢量,实现了其系统动力响应的精确分析。通过数值仿真,获得了该武器系统固有振动特性、系统动力响应、内弹道、弹丸起始扰动,仿真结果可用于该武器的动态设计。     

基于传递矩阵法的高压气井生产管柱固有频率分析

通过分析油田气井内高压、高速天然气流动诱发的生产管柱振动,建立了考虑天然气流速、压力、管柱轴向力以及重力的高压气井生产管柱面内振动八方程模型。使用传递矩阵法,系统分析了天然气流动效应和管柱轴向力对管柱固有频率的影响;并求解生产管柱以及弯曲管柱面内振动的固有频率;同时建立了一种近似计算重力管柱固有频率的新方法。通过实例研究表明,随着天然气流速、压力、管柱轴向力等参数的增大,生产管柱固有频率逐渐减小,直至失稳。天然气压力、管柱轴向力以及重力对系统固有频率影响较大;而实际开采过程中天然气流速对系统固有频率的影响较小;弯曲管柱前两阶固有频率随流速增大出现耦合模态颤振现象。     

用扩展传递矩阵法计算多体系统的稳态响应

以一个简单的多体系统为例,介绍了用于计算多体系统稳态响应的扩展传递矩阵法。建立了等截面Euler—Bernoulli梁的扩展传递矩阵。通过依次拼凑各个元件的扩展传递矩阵,形成系统的总体扩展传递矩阵,代入边界条件,然后求解代数方程组即可得到系统的稳态响应。对比模态叠加法的求解结果和计算过程,扩展传递矩阵法具有过程简单、计算量小、易编程等优点,且无需建立系统的总体动力学方程。扩展传递矩阵法特别适合于计算多体系统的稳态响应,能直接得到稳态响应的解析表达式。     

传递矩阵法在曲线桥结构分析中的应用

文章介绍点矩阵和场矩阵的概念以及传递矩阵法在曲线桥结构分析中的应用。传递矩阵法是国内外近10年来兴起的一种结构分析的方法,它依据结构控制微分方程精确解答(初参数法),并借助于电子计算机,利用矩阵的简单相乘对结构进行静态、动态及稳定性分析     

基于传递矩阵法的电流变体-砂浆悬臂梁动态特性仿真

利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料直接复合制成智能悬臂梁结构．调节施加在电流变体上的电压,用瞬态激振的方法测定其在不同电场激励下的自振频率,发现当电场强度超过2kV／mm时,电场变化对复合梁的振动频率有一定的影响,其中对一阶频率的影响最大．在实验研究的基础上,基于传递矩阵法和线弹性断裂力学理论,通过定义等效裂纹深度,建立了含电流变体的砂浆复合悬臂梁的振动模型,并得到理论计算复合悬臂梁频率的特征方程．根据实验数据确定模型的参数,并编制MATLAB程序来模拟含电流变体的砂浆悬臂梁随电场强度变化时自振频率的变化规律．研究结果表明,该模型的模拟值与实验值吻合得较好,说明利用这种方法建立含电流变体砂浆复合结构的振动模型是基本可行的．     

基于微分法串联机器人的误差敏感度分析

为了提高串联机器人的绝对定位精度,提出了一种基于微分法和矩阵法的机器人误差源分析方法.首先分析单个连杆姿态矩阵的微小误差;然后利用积分法分析多个连杆末端的位姿误差,采用微分法和修正Denavit-Hartenberg(MDH)运动学模型,对末端位姿误差的敏感度进一步分析;最后通过Matlab软件分析,分别得出机器人4个关节的扭角和转角对末端位姿影响的曲线图,以及连杆长度和偏移量对末端位姿影响的曲线图,对影响末端位姿的几何参数进行运动学误差分析和规避,即可从源头上解决串联机器人绝对定位精度的问题.