六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与仿真

突破了仅对两自由度平面柔性机械臂进行研究的传统,而对多自由度空间柔性机械臂进行动力分析。用假设模态法表示臂杆柔性,并将变形量融入D—H坐标系,通过对机械臂末端的轨迹规划得到刚性运动学的逆解。运用Kane方法对多自由度的空间柔性机械臂进行动力学建模,推导出完整的系统动力学方程,采用较高精度的四阶龙格-库塔法对动力方程进行积分求解。给定一个六自由度柔性机械臂模型,并对其进行数值仿真,验证了臂杆柔性对机械臂的动力响应产生的重要影响。     

自由浮动空间柔性机械臂轨迹跟踪与振动抑制

针对带有效载荷的3连杆全柔性空间机械臂,讨论了对有效载荷运动轨迹跟踪的快速终端滑模控制和连杆柔性振动主动控制问题.基于假设模态法、拉格朗日法和系统动量守恒对柔性连杆进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂操作刚性有效载荷的动力学模型.在此基础上,采用奇异摄动法将系统模型分解为慢变和快变2个子...     

基于神经动力学的冗余机械臂恒定转速比算法

提出一种基于神经动力学的恒定转速比（CRR）算法,用于解决冗余机械臂运动规划末端精度问题.在运动规划中,通过神经动力学求解出雅可比矩阵伪逆,由4阶龙格-库塔法得出实时精准的关节角速度,从而获得各关节平均速度比,并将其比值关系带入CRR算法中求解出最优关节角度.与传统的加权伪逆运动规划不同,CRR算法是在关节角位置层面求解,这也正是提高冗余机械臂末端精度的关键环节.在文末,通过平面3自由度和平面6自由度冗余机械臂模型进行运动规划仿真,仿真结果验证了算法的有效性.      

自由浮动空间柔性冗余度机械臂姿态稳定控制

讨论了自由浮动柔性冗余度空间机械臂的姿态稳定控制问题.采用假设模态法对柔性连杆的变形进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,然后利用拉格朗日法建立空间柔性冗余度机械臂系统的动力学模型.在此模型基础上利用奇异摄动法把系统分解为快慢2个子系统,设计慢变子系统的模糊滑模控制器,以保证轨迹误差的渐近跟踪.对快变子系统则采用最优控制...     

空间机械臂逆动力学问题的解析研究

本文讨论三刚体空间机械臂的逆动力学问题。利用逐次逼近法导出根据臂端设计轨迹计算机械臂控制规律的解析形式递推公式，并对航天器不受扰条件问题进行了讨论。     

4-DOF 串联仿生机械臂动力学建模方法

串联机械臂在仿生机械、工程机器人中得到广泛应用，如何建立有效的串联机械臂系统动力学模型，解决好模型求解的精度和实时性问题是深入开展机械臂运动控制研究的基础。分别采用牛顿 欧拉法、基于动能积分法的拉格朗日方程和基于等效动能法的拉格朗日方程3种求解机械臂动力学模型的方法，对某仿生螳螂前臂四自由度机械臂进行建模研究，通过具体求解过程对比分析了上述3种方法的实时性、精确性和通用性，为该串联机械臂的运动控制研究提供支撑。     

基于奇异摄动法的受约束双连杆柔性机械臂组合控制

建立了受约束双连杆柔性机械臂动力学方程,基于奇异摄动理论,将系统模型分解为慢变及快变两个子系统。对慢变和快变两个子系统分别设计控制器,达到了力/位置精确控制的目的。仿真结果验证了采用组合控制方案的正确性。     

基于粒子群算法的空间机械臂关节驱动力矩优化设计

采用绝对节点坐标方法对空间柔性机械臂臂杆进行动力学建模,采用自然坐标法对机械臂关节进行建模,最终得到刚柔耦合的空间机械臂动力学模型.对冗余自由度机械臂进行逆运动学分析,由规划的末端轨迹得到了含自运动项的关节转角轨迹.利用动力学方程中Lagrange乘子的物理意义,对机械臂系统进行逆动力学分析,推导了关节轴瓦与轴颈在运动过程中受到的关节驱动力/力矩.利用粒子群算法优化机械臂的自运动项,得到了最小化的关节驱动力矩能耗,从而形成了一种冗余空间机械臂关节驱动力矩优化设计新方法.在平面三连杆柔性机械臂进行了数值仿真,仿真结果表明:所提出的方法在实现末端轨迹跟踪的同时,能有效降低关节力矩能耗;得到的关节力矩连续性好,能够满足工程实际需要.      

基于自运动的仿人七自由度机械臂逆解算法

基于七自由度(seven degrees of freedom,7-DOF)机械手臂的结构和自运动特性,提出通过对关节位置进行几何分析,求解机械臂逆运动学的方法.该方法在自运动构型的基础上,以0坐标系为其他坐标系的基系,根据同一向量在不同坐标系之间的投影特性与关节角之间存在着的对应关系,实现对七自由度机械臂逆运动学的求解.该方法能够求解出针对任一特定末端位姿的所有理论逆解.通过引入机械臂优化的二次目标,对所有理论逆解进行优化,可得最优逆解用于机械臂控制.与梯度投影法等通用算法相比,该方法具有直观简练、计算量小等优点,且不同的末端位姿求解过程互不影响,对系列性末端位姿连续求解不存在累积误差.     

柔性多体机械臂动力学仿真

本文介绍基于Ｊｏｕｒｄａｉｎ变分原理的柔性多体机械臂动力学方程的单向递推组集方法，并根据该方法开发了柔性多体系统动力学仿真软件ＦＭＳ，文末对空间四连杆机械臂机器人操作手进行了动力学仿真．     

基于遗传算法的柔型多功能机运动学逆解

在分析运动学逆解方法的基础上,应用遗传算法求解柔型多功能机器人运动学逆解,给出了用于优化求解的适合度函数,并应用二次编码法提高解的精度。计算机模拟结果证明：该方法能快速收敛于全局最优解,能给出柔型多功能机器人的可能解,并能计算冗余度机器人的逆解。     

D反对称矩阵反问题的最小二乘解

为了研究约束矩阵方程问题,提出了D反对称矩阵的概念,研究了D反对称矩阵反问题的最小二乘解及其最佳逼近问题;采用矩阵奇异值分解、分块降阶等方法,获得了D反对称矩阵反问题的最小二乘解一般表达式及最佳逼近解的表达式,并对其逆特值问题、线性约束方程问题给出了有解的充分必要条件,推广了文献[1]中的相关结果及应用范围.     

RT一1蛇形柔体机器人的特点及逆运动学解

基于一个电机驱动，计算机控制，特殊铰杆式同步万向节连接的６自由度柔性壁组成的ＲＴ－１柔体机器人，探讨了用迭代法求解６自由度柔性壁的逆运动学解，由位置、姿态结构分别进行综合，求逆，交替调用两部分的逆解／迭代求出整个逆运动学解θｉ，经编程运算，给出了实例结果。     

轴对称匀速转动状态下矩形薄板的动态特性与屈曲分析

应用Hamilton原理建立了轴对称匀速转动状态下对边简支对边自由矩形薄板的非线性动力学方程,采用假设模态法解析分析了板的前3阶近似振动频率、临界分岔值,表明整体运动可使柔性多体系统中的柔性构件产生动力软化效应;进一步采用假设模态法分析了板的后屈曲近似解,分别得到了从稳定平凡解失稳分岔形成的稳定的对称后屈曲解及其二次分岔产生的非对称后屈曲解,以及从不稳定平凡解分岔产生的不稳定的反对称后屈曲解。     

线性流形上广义次对称矩阵反问题的最小二乘解

讨论了线性流形上广义次对称矩阵反问题的最小二乘解及其逼近问题。利用矩阵的奇异值分解和矩阵分块方法，得到了最小二乘解的一般表达式。给出了线性流形上矩阵反问题的可解的充分必要条件。而且就相应的逼近问题，利用Frobenius范数的正交不变性和闭凸维上的逼近理论，得到了最佳逼近问题惟一解的表达式。     

3-RRRT并联机器人位置分析

本文旨在研究和分析3 RRRT并联机器人位置的正、反解问题.运用了齐次坐标系法和空间矢量法对3 RRRT并联机器人机构进行了分析,用解析的方法给出了该并联机器人的8组位置反解,采用数值方法给出了该并联机器人的位置正解.并基于I deas系统下的实体模型,应用MATLAB语言及其优化工具箱,实例验证了该数学模型的正确性.     

折叠双臂式机器人的运动学与工作空间分析

针对薄煤层勘探与灾后搜救机器人的需求,结合其特殊的工作环境,提出一种新型井下移动机器人;该机器人两侧装载了七自由度冗余机械臂,兼具狭小空间通过能力强与工作范围大两个特点。使用SOLIDWORKS软件建立了机器人的整体三维模型;通过D-H(Denavit-Hartenberg)法,建立了机械臂的运动学模型;并求出了其运动学正解。采用二次计算法,求出了机械臂的运动学逆解;使用基于蒙特卡洛法的仿真方法,进行了机器人的工作空间分析,仿真结果表明,该折叠双臂式井下勘探搜救机器人在双臂折叠状态下体积较小,狭小空间通过能力强;在双臂伸展状态下具有相当大的整体工作范围与协调工作空间,拥有较强的大范围灵活操作的能力,可满足较为复杂的任务需求。     

结构静力反问题求解逆摄动算法

研究了基于有限元分析的结构静力反问题求解的逆摄动方法,以桁架结构的静力分析为例,基于桁架结构的有限元分析模型,利用反问题求解的思想提出了静力反问题求解的逆摄动算法。给出逆摄动参数ε的显式计算公式,避免或减少了重分析。算例表明,这是一种具有较高效率的计算方法,可应用于复杂工程结构的静力优化设计。     

一类次对称矩阵反问题的最小二乘解

讨论了一类次对称矩阵反问题的最小二乘解,得到了解的具体表达式;并就这类矩阵的左右逆特征对问题进行了讨论,得到了有解的充分条件及解的通式。     

沥青路面温度应力分析

把沥青路面视为多层弹性半空间轴对称体,利用热弹性力学以及Hankel和Laplace积分变换等数学方法,首先推导出任意一层沥青路面温度应力的刚度矩阵,然后按传统的有限元方法组成总体刚度矩阵.通过求解由总体刚度矩阵所构成的代数方程和Hankel及Laplace积分逆变换就可解出外荷载和温度联合作用下沥青路面温度应力的精确解.由于刚度矩阵的元素中不含有正指数项,计算时不会出现溢出现象,从而克服了传递矩阵法的缺点.在推导过程中不用人为选择应力函数,使得问题的求解更加合理,同时也为进一步研究沥青路面的湿度场、动力学等问题奠定了理论基础.计算实例证明了推导结果的正确性.