多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。     

柔顺铰链连杆机构的位移计算

针对柔顺机构柔性构件的特点,研究了非迭代的一步计算方法在柔顺铰链连杆机构的应用问题,利用线性方法分析了柔顺铰链连杆机构位移,导出了正确的公式,给出了一个算例．     

柔顺铰链连杆机构的位移计算

针对柔顺机构柔性构件的特点,研究了非迭代的一步计算方法在柔顺铰链连杆机构的应用问题,利用线性方法分析了柔顺铰链连杆机构位移,导出了正确的公式,给出了一个算例．     

抗拉压具有恒刚度特性的柔顺铰链设计

提出一种抗拉压载荷具有恒刚度特性的柔顺铰链机构.该机构通过利用柔顺机构学原理合理布置平面柔性梁.既实现了抵抗较大拉压载荷引起的柔顺梁的鲁棒性,又兼具较好的移动恒刚度特性.该柔顺铰链可应用于精密XY定位平台或其他复合柔顺机构中.结合柔顺铰链特点利用有限元分析软件2D分析,验证了其在受较大范围拉压载荷下具有上述的力学特性.其设计思想也可用在其他类型具有恒刚度特性的柔顺机构设计中.     

基于柔顺机构的风力机叶片变弯度前缘结构设计

为实现风力发电机叶片的自适应变形及结构轻量化,叶片前缘采用柔顺机构设计。以实际位移与目标位移差值及最大应力为约束,以材料用量最小为目标,采用变密度法对柔顺机构进行拓扑优化设计。以双程形状记忆合金丝作为驱动器驱动前缘柔顺机构自适应变形。研究结果验证了柔顺机构及拓扑优化结果的可靠性,为大型风力发电机叶片柔顺机构的设计提供了借鉴;同时也验证了双程形状记忆合金丝作为智能驱动器具有工程发展应用的前景。     

一种柔顺5杆机构的运动原理分析

利用柔顺结构和压电叠层元件的优点,在分析常见柔顺机构的基础上,提出一种压电驱动的柔顺5杆机构。研究该机构各部件的位移输出特性,得到5杆机构顶端的椭圆运动轨迹方程;通过搭建振动位移测试系统,测得该5杆机构顶端的振动位移曲线,验证该柔顺5杆机构可用于精密位移致动器的设计。     

柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别研究进展

柔顺机构靠弹性变形来传递运动或力,因而疲劳是其主要失效模式,但其疲劳性能以及抗疲劳设计方法仍有待进一步研究.文中结合笔者及其课题组的研究成果,介绍了柔顺机构的主要设计方法,在综述名义应力法、局部应力应变法和应力场强法3种疲劳寿命预测方法的基础上,阐述了直圆型和叶型柔性铰链的疲劳寿命预测模型及尺寸参数对铰链疲劳寿命的影响,总结了柔顺机构疲劳可靠性的分析和优化设计方法,以及基于特征参数分解的柔顺机构损伤识别方法,并指出了柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别的未来研究方向.     

柔顺机构的机械效益

用能量法详细推导了单输入单输出柔顺机构的机械效益的计算公式 ,并根据不同的边界条件 ,对该公式的使用提出了明确的意见 ;同时还提出了单输入双输出和双输入单输出柔顺机构的机械效益的概念 ;最后还建立了以柔顺机构的机械效益为目标函数的约束最优化设计的数学模型 图 3,参 5     

基于串联弹性驱动器的并联柔顺手腕的设计

通过分析人体腕关节的组织结构和运动特性,设计了具有柔顺性的3SPS-1S并联机器人手腕机构.3条移动副支链作为驱动,在驱动支链中加入串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)来实现并联机器人手腕的柔顺性.建立了3SPS-1S并联机构的运动学逆解,推导雅可比矩阵,提出了确定SEA弹簧刚度的方法;基于位置补偿思想,实现柔顺手腕的位姿控制.通过实验验证了该机构对未知负载具有被动柔顺性,通过主动柔顺控制可以实现更高的主动柔顺性.     

基于密度等高线法的柔顺机构轮廓提取算法

利用连续的密度函数逼近柔顺机构拓扑优化结果,采用共轭梯度法优化密度误差,对不同等高线对应的机构轮廓进行分析,得到柔顺机构输出位移误差,用插值法获得最小误差值及其对应的等高线值.数值分析结果表明,轮廓提取后机构的输出位移误差得到较大改善,但轮廓的光滑性与加工要求之间仍然存在一定距离.     

基于仿生学原理多自由度柔性臂及其控制的研究

基于仿生学原理研究设计了一种新型的气动驱动多自由度柔性臂，通过研究构建了其动力学模型和控制系统模型，为该装置的实际应用奠定了理论基础。     

能量法求解全柔性微动机器人移动副的刚度

全柔性机构中柔性移动副(P副)刚度的求解是进行全柔性并联机构、全柔性并联微动机器人分析的基础工作之一．在柔性铰链力学模型的基础上,利用能量法得出了非对称3．RRRP(4R)全柔性并联机构的变截面柔性移动副(4R)单元上所受外力与端部变形之间的关系,结合柔性铰链的柔性刚度矩阵求得柔性移动副单元刚度表达式方程．并用ANSYS工程软件建立相同的柔性移动副模型进行模拟,模拟结果表明,推导的柔性移动副的刚度与模拟结果很相近,刚度的理论方程具有一定的准确性。     

空问机构自由度计算

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束的理论出发，对机构学的自由度公式进行了研究。研究结果表明：只要对平面、球面机构自由度的计算公式稍加变化，推导出空间机构求自由度的新公式。利用这个新公式，既可以求空间机构的自由度，又可以求平面、多环、空间开式链、混合链等机构的自由度。它比传统公式使用简便，在形式和内容上都有实际意义，从而为空间机构自由度的计算提供了可靠的理论计算式。     

不完全分布柔度的全柔性机构的研究

针对介于具有集中柔度和具有分布柔度之间的全柔性机构,提出了第三类具有不完全分布柔度的全柔性机构的概念,并定义了其特征尺寸比值,根据这类全柔性机构的特点,提出在用伪刚体模型分析具有集中柔度全柔性机构的基础上,考虑构件弹性变形的分析方法.实例计算结果表明了该方法的有效性.     

平面机构自由度公式的变化及其约束分析

机构自由度计算中经常出现易混淆概念、难点问题,结合实例分析研究了平面机构自由度计算中的常见公式变化、可变自由度机构的设计原理及工作特点。针对自由度计算难点、各种约束施加及其形成的变化作一些探讨,对正确理解、计算自由度做出帮助,为创新优异新型的机构、避免误算提供了一条有效的途径。     

基于等效耦合刚度的平面折展滑块机构分析

柔性铰链是实现平面折展柔顺机构运动的关键部分。如何设计得到柔度好、精度高的柔性铰链一直是柔顺机构研究的关键问题。综合考虑影响平面折展机构铰链刚度和精度特性的等效弯扭及拉压刚度,以LET铰链为例,分析在不同载荷下各个参数对弯扭与拉压等效耦合刚度的影响趋势,从而提出弯扭与拉压等效耦合刚度的概念。通过大量的实例计算和分析,推导出LET铰链弯扭与拉压等效耦合刚度的经验公式。基于等效耦合刚度经验公式,对平面折展柔顺滑块机构进行分析。应用等效耦合刚度公式与不应用等效耦合刚度公式两种情况的分析结果和有限元仿真结果表明,应用等效耦合刚度经验公式的滑块位移计算精度得到很大的提高,验证了等效耦合刚度经验公式的适用性。     

机电耦合及应力约束的柔顺机构拓扑优化设计

探讨了利用有限元方法和均匀化拓扑优化技术 ,以柔度与刚度两者要求为目标对柔顺机构进行设计 .设计时 ,考虑了机构与驱动器组成之系统的机电耦合问题 ,并以满应力准则法初步解决了应力约束问题 .最后 ,通过算例说明了本方法的有效性     

整体式柔性机构的结构拓扑优化设计

基于变密度法和优化准则法,推导并建立了柔性机构的结构拓扑优化设计的设计变量迭代格式．以机构的机械增益为优化的目标函数,利用连续体的结构拓扑优化技术建立了的柔性机构设计的数学模型．通过人工弹簧模型和虚拟载荷法描述柔性机构设计的目标函数,采用伴随敏度分析法进行了敏度分析．以柔性夹钳作为设计实例,证明了所研究方法的有效性,用快速成型技术验证了柔性机构概念设计阶段的合理性．     

平面3-RRR全柔性机器人的微运动学分析

讨论了一种并联平面3-RRR全柔性机器人机构的微运动学。首先建立了机构的“伪刚体模型”，利用铰链位移法对机构进行了微运动学分析，最后进行了数值验证。