用虚拟环约束表示的机构自由度公式

本文介绍了用约束数表示的自由度公式的几个重要的发展阶段，指出了以往用环路公共约束表示的自由度公式的不足之处是：在处理含有虚约束机构时，必需通过计算虚约束数，才能得出正确的自由度结果．为克服这一缺点，本文用虚拟环路、虚拟环约束、广义副约束数等新概念，分析了构件的自由度数和运动副约束数之间的关系，给出了用虚拟环路公共约束表示的自由度公式．得出了机构自由度是机构所有构件自由度之和与所有运动副约束数之差，再加上各虚拟环公共约束之和的计算公式，以及机构总的过约束数就是各虚拟环约束数之和的重要的结论．这种用虚拟环公共约束表示的机构自由度公式，能避开虚约束的计算．通过多个计算实例，证明了虚拟环路法对自由度分析的正确性、有效性和适用性．     

一种2自由度球面并联机构动力学建模与伺服电机参数预估

TriVariant-B是一种新型5自由度混联机械手,由一个2自由度球面并联机构和1条与之串接的两转动一移动串联运动链组成,具有工作空间／支链行程比大及可重构性强等优点．在建立其2自由度球面并联机构逆动力学模型的基础上,提出一种可根据对末端执行器速度及加速度要求,预估机构中伺服电机转子惯量、额定转速及峰值转矩的方法,并结合样机开发验证了该方法的有效性．     

机构自由度、原动件和执行构件关系的一般问题研究

在工程实践和理论研究中经常会遇到机构自由度与原动件数目不相等的情况,这是经典机构自由度理论所无法解释的.针对这一问题,从对偶或二元性概念出发,提出了机构运行规律的对偶描述.以键合图理论为工具,建立了一般理想机构端口描述的结型结构方程,给出了机构自由度的功能描述.在能量传递分析和信号因果分析的基础上,提出并定义了“运动传递自由度”的对偶概念“力传递自由度”.利用自由度公式的结构描述、功能描述和对偶描述,进一步论述和分析了运动传递自由度与力传递自由度两者之间的关系,从而给出了机构自由度与原动件、执行构件关系更一般的描述.最后分析了几个典型理想机构的自由度、原动件和执行构件之间的关系.     

少自由度并联机器人机构的型综合原理

通过分析少自由度并联机器人机构的结构约束螺旋特性和几何条件, 建立了少自由度并联机器人机构型综合理论, 并用此对少自由度并联机器人机构进行了综合, 得到多种有应用前景的机构.     

基于螺旋理论的转动解耦并联机构型综合

随着并联机构研究的逐步深入,其内部耦合性的存在给其理论分析和实际应用所带来的困难愈发凸显.而作为在空间定向领域已获广泛应用的转动并联机构,目前绝大多数并不解耦.基于螺旋理论,通过分析转动并联机构自由度与分支自由度间关系,确定了并联机构转动条件;由分支运动螺旋系建立了分支型综合准则,保证了分支中转动的解耦;提出了输入运动副选择原则,形成了转动解耦并联机构型综合方法,并依此对转动解耦并联机构进行了综合.     

空间多闭环机构自由度计算的新概念和新理论

2005年法国学者Gogu分析了现有的35种不同形式的自由度公式,指出其中的快速计算的公式有一定的局限性、不通用.因此,寻找更通用、更简单快捷的自由度公式,仍是国际上机构学的热点,也是完善机构学结构理论的一个重要课题.Gogu在2008年提出了一种可以避开虚约束的新的算法,但其通用性仍依然有限.为了解决这一问题,本文提出杆组自身的阶、广义运动副的阶、虚拟运动副、虚拟环路和虚拟环路阶的新概念,给出了一种新的结构简单的通用公式.这种方法是把多环路的自由度计算转换成若干个独立的虚拟环路单独计算,使问题得到了简化,避免了计算虚约束,大大的降低了计算的难度.通过多种不同类型机构的计算分析,证明了新公式的简单性、通用性、有效性和实用性.它的应用,将为广大的工程技术人员掌握空间机构自由度的计算方法,提供极大的方便.     

一类少自由度并联构型装备运动学标定方法研究

以一种外副驱动含平行四边形支链的三平动自由度并联机床为对象, 研究少自由度并联构型装备运动学标定方法. 首先建立末端可控与非可控位姿误差与结构误差的映射关系, 并据此构造出具有分层递阶格式的参数辨识模型. 针对少自由度并联机构的特点, 提出一种通过修正系统输入实施误差软件补偿的方法, 并通过实验验证其有效性.     

少自由度并联机构的位移流形综合理论

提出了少自由度并联机构基于李群理论的位移流形综合理论. 给出了全部9类少自由度并联机构的机构位移流形, 分支位移流形和保证所有分支位移流形之交集为期望机构位移流形的几何条件. 利用位移子群乘法运算的封闭性, 可得到不同结构的分支运动链. 使用这些分支运动链, 满足相应几何条件即可构建出具有期望自由度的并联机构, 并且其优点是无需判别机构的瞬时性, 依据此原理可以进一步根据多方面的实际需要综合新的机型.     

一种三自由度并联机构几何误差建模、灵敏度分析及装配工艺设计

以一类含平行四边形支链的三平动自由度并联机构为对象, 利用空间矢量链分析方法, 构造出末端位置和姿态误差与几何误差之间的映射关系, 明确揭示出影响这种机构末端不可补偿误差的几何误差源, 并借助灵敏度分析提出抑制该类误差的装配工艺. 研究成果已应用于一台并联机床主模块的研制, 并对指导同类装备的设计与制造具有普遍的意义.     

一种以特征线为中心的曲面特征表示方法

由于自由曲面特征形状复杂多样，难以有效地进行参数化表示．本文提出了一种以特征线为中心的曲面特征层次参数化的表示方法．该方法将特征线作为曲面构建的基本单元，将特征线划分为几何层、约束层、语法层和语义层，利用特征线信息对曲面特征进行参数分层，实现曲面特征的整体形状和局部形状的层次控制；在参数化表示上，按不同自由度分为半自由和完全自由曲面特征，并对曲面特征进行了统一的定义表示．实验结果表明，本文方法能够表达多种形状的自由曲面，在高层语义参数层面上方便地编辑曲面特征，是一种有效的曲面特征表示方法．     

基于挑战——响应的安全协议分析

安全协议的本质是协议主体采用密码学方法通过挑战一响应来对协议其他方的存在做出判断，同时完成一些数据如会话密钥的协商．大部分国内外现有的分析方法或者采用状态检测等定理证明技术，或者采用认证逻辑等推理技术，存在着分析能力与可操作性之间的矛盾．为了解决这个问题，文中提出一种新的安全协议保密性和关联性的分析方法，该方法基于线空间模型理论给出了协议保密目标和认证目标的形式化定义，采用认证逻辑作为基础分析手段．保密性分析被分解为显式泄密和隐性泄密两种情况，其中隐性泄密分析依赖于关联性的判断，而关联性的分析被总结为Strand的存在关系和参数一致性分析的问题．新的分析方法既具有线空间模型的分析能力，又具有认证逻辑的易用性．     

一种两自由度球面并联机构的建模与分析

基于空间位姿变换和三面角余弦定理,对一种具有两转动自由度的球面并联机构进行运动学建模与分析,从而确定驱动器和末端执行器之间的角度、角速度和角加速度关系。采用虚功原理和一阶影响系数矩阵建立该机构的动力学模型,并通过数值仿真,求解了机构的逆动力学,进而得到了驱动力矩的变化规律。结果表明,运动轨迹规划不当会导致驱动转矩2过大,甚至超出了伺服电机的最大转矩,因此需要对机构的运动规划进行进一步优化,提高其稳定性和可靠性。该研究对提高该机构的运动稳定性和运动控制提供了理论基础。     

平面三自由度并联机床的分步运动学标定

针对一台平面3自由度并联机床的运动学标定,提出一种基于最少参数线性组合的分步运动学标定方法．该方法利用并联机器多参数耦合误差传递系统中的参数线性组合映射关系,将一般运动学标定中参数的误差建模、辨识和误差补偿,改变为参数线性组合的误差建模、辨识和误差补偿．首先由最少参数线性组合的4个定理进行辨识性分析,确定出影响机床终端绝对和相对精度的最少参数线性组合;然后给出工程实际中常用的基本绝对测量方式和基本相对测量方式,逐一进行最少参数线性组合的辨识性分析,抗干扰指标的抗扰动性能计算,兼顾测量成本的条件下,设计出最少参数线性组合的分步测量方案、分步辨识和分步误差补偿方案,完成运动学标定．最终的实验结果证明这种方法具有如下优点：（1）消除了其他无关参数的影响;（2）反映了误差传递中的参数线性组合映射关系,提高了参数辨识的准确性;（3）方法简洁高效,最终的机床精度已经接近测量扰动精度．因此,该方法不仅可用于这台平面3自由度并联机床,也可适用于其它运动学非线性弱的并联机器．     

基于稀疏元分析的欠定混叠自适应盲分离方法

传统盲分离理论假设源信号相互独立，通常采用独立元分析方法等实现盲分离，无法解决实际应用中出现的欠定混叠、相关源信号混叠等挑战性盲分离问题．稀疏元分析是国际上最近出现的一个新的研究热点，稀疏元分析盲分离方法具有实现欠定混叠盲分离和相关源信号混叠盲分离的能力，因而为广大研究人员所关注．但到目前为止，对于稀疏元分析的研究还很不成熟，特别是非常欠缺有效的算法．仅有的少数几个算法仍然面临许多问题，比如：基于Lewicki和Sejnowski（2000）所给Lewicki—Sejnowski自然梯度的稀疏元分析方法，是目前讨论欠定混叠盲分离的一种有效自适应算法，它较通常的K-均值聚类法有更多的优势．但Lewicki—Sejnowski自然梯度只是一种近似表示，缺乏严格的理论依据．由稀疏元分析代价函数出发，基于矩阵理论以及文中所建立的一个新的数学公式，从理论上导出了一个新的且严格的自然梯度，从而为这类稀疏元分析方法提供了严格的理论基础．在此基础上，给出了稀疏信号欠定混叠的新自适应盲分离算法．该方法具有实现欠定混叠和相关源混叠盲分离的能力（见仿真1）．仿真结果表明，所给的新自然梯度比Lewicki—Sejnowski自然梯度更为稳定可靠，同时算法具有较好的抗噪性．     

多自由度强非线性随机系统非能量依赖的精确平稳解

提出了构造具有非能量依赖特性精确平稳解的多自由度强非线性随机系统的新方法．首先用外微分法导出与高斯白噪声外激和参激作用下的多自由度强非线性随机系统等价的Fokker-Planck-Kolmogorov（FPK）方程,该等价FPK方程与原FPK方程的主要区别是增加了任意反对称的扩散矩阵,然后通过确定反对称扩散矩阵的系数用逆解法可得到原系统的精确平稳解,它一般是非能量依赖的,也包括了已有的能量依赖的几类精确平稳解,是迄今为止最广泛的一类多自由度强非线性系统的精确平稳解．     

一种刚柔统一的并联机构构型综合方法

刚、柔两类机构的构型综合问题一直是机构学领域的研究热点,但统一构型综合的问题尚未提及及讨论．基于对当前刚柔两类机构构型综合方法研究的现状分析,指出了可统一实现刚柔机构构型综合的可行性,并提出了一种以旋量系理论为理论框架,基于数学、物理与机械模块分层映射的机构构型综合思想．该方法的核心在于建立几何模块、运动（约束）模块与机械模块三者之间的映射关系,优点在于简单、可视化．基于所提出的模块分层映射方法,通过实例初步验证了该方法对刚、柔两类机构构型综合的有效性,为系统构筑可视化的刚柔机构统一构型综合（或概念设计）的算法及软件提供了理论支撑．     

磨削加工球齿轮数学模型建立与齿面接触特性分析

采用盘形砂轮范成法磨削加工球齿轮，由盘形砂轮数学模型得到球齿轮的数学模型，进而得到一对球齿轮的啮合模型，并对其进行了齿面接触分析，通过解非线性方程组，求解出两齿面瞬时接触点的位置．对球齿轮齿面的接触点轨迹进行了分析研究：球齿轮上每个齿的齿形都不相同，因此两球齿轮在空间啮合的接触轨迹是很复杂和多样的．结果对进一步研究球齿轮机构的传动理论和实际应用具有一定的指导意义．     

一种新型全姿态飞行仿真转台的运动学分析

针对三轴转台无法避免运动学奇异的缺陷,提出了一种四轴型全姿态飞行仿真转台,利用冗余自由度机构的特点,使机构始终保持提供三个自由度的运动.针对所提出的四轴转台的运动学正解问题,采用双欧拉法计算负载的姿态角,解决了全姿态欧拉角计算的奇异问题.针对四轴转台的运动学反解问题,采用基于伪逆的梯度投影法给出了带有性能指标优化的转轴角速度的最优解,然后用基于动态控制的方法获得转轴的角位置.提出的运动学反解算法能保证在获得期望姿态的同时,避免接近奇异位置和各轴的极限角位置.仿真结果表明,四轴型全姿态飞行仿真转台运动学性能明显优于三轴转台.     

运用Lyapunov指数方法的车辆横向运动混沌分析及其滑模变结构控制

建立了考虑车辆横摆、侧向以及侧倾运动的3自由度非线性整车模型：运用Lyapunov指数方法对所建立的非线性整车模型进行了混沌的数值仿真分析．通过最大Lyapunov指数图和分岔图发现,车辆的横向运动非常复杂,包含了倍周期、拟周期以及混沌运动,对于车辆极限工况时的横向运动稳定性是不利的．利用滑模变结构控制（sliding mode variable structure control,SMVSC）方法,设计了SMVSC控制器,对车辆横向运动中的混沌进行了控制．为了减少SMVSC控制系统的抖振,进一步提高车辆在极限工况下行驶的横向运动稳定性,采用了幂次趋近律,利用模糊控制的方法实现了趋近律的自适应策略．最后将所设计的自适应趋近律的SMVSC系统在Matlab中进行了仿真,并将未加控制,SMVSC控制以及自适应趋近SMVSC控制三种仿真结果进行了对比分析,发现采用了自适应趋近的SMVSC控制对混沌的控制效果比其他的都要好,有效抑制了车辆横向运动中的混沌,显著提高了车辆在极限工况下行驶的横向稳定性,充分证明了该控制策略是有效的．     

互耦条件下双基地MIMO雷达的收发角度估计

阵元互耦的存在会使双基地MIMO雷达多目标定位算法的性能恶化．利用发射和接收互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性质,提出了一种基于ESPRIT的双基地MIMO雷达收发角度算法,并针对现有参数配对算法中存在参量兼并的问题,给出了一种改进的自动配对算法．仿真结果表明：在存有相同发射角／接收角时,本文算法仍能有效实现多目标定位,无需进行谱峰搜索和额外的目标配对;本文算法对互耦系数自由度和扰动误差的稳健性优于MUSIC-like算法,并且具有更高的估计精度．此外,还推导了确定信号模型下收发角和互耦系数的CRB（Cramer—Raobound）．