新型五自由度混联机器人及其动力学分析

设计了一种新型五自由度混联机器人结构,对其构型进行了介绍和分析.应用D-H方法建立了该五自由度混联机器人的运动学模型.在此基础上,基于递归牛顿-欧拉算法对该混联机器人进行了动力学分析,推导了机器人各连杆的速度、加速度、惯性力和力矩,同时,推导了各连杆相互作用的力、力矩及关节驱动力或力矩,研究了各连杆的运动速度、加速度及受力情况.通过Matlab数值仿真和ADAMS虚拟样机验证了动力学分析求解的正确性,为后续结构优化和运动控制提供了依据.     

基于Clipper的3-TPS混联机器人运动轨迹控制

针对3-TPS混联机器人的空间运动性能要求及自身的结构特点,提出了一种基于Clipper的3-TPS混联机器人开放式数控系统.为了解决该机器人的运动摆头与回转工作台间角度的耦合及由工作台运动造成的工具编程点位置的变化等关键问题,建立了混联机器人运动学位置逆解数学模型.在构建基于Clipper的3-TPS混联机器人数控系统硬件平台基础上,将该机器人的运动学逆解数学模型转换为位置运动控制算法,并在球面上进行了螺旋轨迹实验验证.空间运动轨迹的理论与实验分析结果表明:所设计的数控系统能满足3-TPS混联机器人的控制要求,其运动模型及控制算法正确、可行.     

改进型管道清灰机器人撑开机构动力学分析及仿真

以改进型管道清灰机器人为研究对象,建立机器人行走装置撑开机构简图.利用动态仿真的联立约束法,将运动约束和牛顿-欧拉方程组成一组联立线性方程组,求解得到各关节的约束反力、加速度和速度.利用Matlab编制计算程序,基于Simulink建立仿真模型,对管道机器人撑开机构动力学进行动态仿真,仿真结果表明:机器人撑开机构滑块速度方向改变时,机构各杆件受力达到最大,且杆件3受力最大.     

蠕动转向关节动力学建模与分析

为确立拱泥机器人蠕动转向关节的运动关系,提出了可实现直行和转向运动的3自由度并联机构动力学模型.基于对3-UPS并联机构运动特性的分析吗,首先建立了3-UPS运动学模型,得出3-UPS并联机构动平台和各支链的速度以及加速度关系式.基于Lagrange方程建立3-UPS并联机构的动力学模型,确立了系统的驱动力、驱动力矩以及各个支链主动杆的驱动力.利用Matlab软件对其动力学模型进行仿真分析,得到的驱动力和驱动力矩变化曲线为拱泥机器人控制系统设计提供了技术支撑.也为少自由度并联机构动力学分析提供参考.     

3-TPS混联机床刀具长度补偿算法

介绍了一种新型立卧转换式三杆混联机床3-TPS混联机床,对该机床的结构进行了简单描述.该机床具有工作空间大、立卧转换、五轴联动、五面加工等特点,并具有加工中心的功能.根据3-TPS混联机床的特殊结构,对该机床在实现三坐标立式、卧式加工、四坐标加工及五轴联动加工时刀具长度补偿算法进行了研究,给出了各种加工情况下的刀具补偿算法,建立了刀心点与刀具长度补偿值之间、三根杆的伸长量与刀具补偿值之间的关系.     

二并联数控螺旋面钻尖刃磨机床的动力学仿真

研制了一种新型二并联数控螺旋面钻头尖刃磨机床.该机床的数学模型简单,计算方便,易于实现实时控制.介绍了该机床的结构形式和特点,并用拉格朗日方法建立了二并联数控螺旋面钻头尖刃磨机床的动力学模型.以此为基础,在Matlab/Simulink环境下实现机构的动力学动态仿真.仿真得出的时间曲线能够直观地反映出二并联数控螺旋面钻头尖刃磨机床在工作状态下直线电机的驱动力以及动平台运动参数的变化情况.仿真结果表明,该并联机构动力学特性良好,具有极大的实用价值.     

基于3-TPS混联机床的后置处理算法

介绍了一种新型立卧转换式三杆混联机床3-TPS(RRR)混联机床,对该机床的结构进行了分析.该机床具有工作空间大、立卧转换、五轴联动、五面加工等特点,并具有加工中心的功能.给出了该机床在实现三轴、四轴加工时的坐标变换过程及变换方程,给出了实现三轴、四轴加工时的后置处理算法及数学模型,并对该机床的立式加工和卧式加工两种情况进行了分析,给出了算法和显式方程.     

含间隙3-CPaR&R1R2混联机构动力学分析

为研究关节间隙对混联机构动态特性及混沌现象的影响,以3-CPaR&R_1R_2混联机构为研究对象,考虑转动副关节间隙并基于弗洛雷斯(Flores)接触力模型和修正的库伦(Coulomb)摩擦模型,分别建立了含间隙关节元素间的法向接触力和切向接触力模型,进而基于拉格朗日方程建立了含关节间隙混联机构动力学方程.通过数值仿真分析了不同驱动速度和间隙尺寸对机构动力学特性及混沌现象的影响,同时探讨了机构稳定性与关节元素碰撞的关系.研究结果表明:增加驱动速度与减小间隙尺寸可使机构混沌现象减弱,改善机构动态特性;机构稳定性与碰撞过程中关节元素间的冲击现象相关,且随着冲击现象的加剧机构稳定性降低.     

并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法.以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程.利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究.为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明:由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符.多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能.这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法.     

新型4自由度并联机构的动力学建模与分析

对虚拟轴工作台并联机构做了静力分析和动力分析.采用分析静力学的虚位移原理建立静力平衡方程,并用该方程计算了机构处于某种静力平衡状态下的平衡驱动力及力矩.采用影响系数矩阵及应用达朗贝尔原理建立了机构的动力学模型,并对并联机器人做了虚拟样机动力学仿真.机构的力分析为虚拟轴工作台样机的主动副驱动力设计提供了参考.     

空间3-TPS并联机床静平衡分析

对空间3-TPS并联机床的静平衡问题进行了理论分析及仿真优化.首先分析了机床自重产生的惯性力(力矩)对机床所造成的影响及驱动杆在整个工作空间中的输出力变化规律,然后采用液压平衡法和弹簧法平衡并联机床自重所造成的惯性力(力矩),最终大幅度降低了机床三驱动杆的输出力,实现了并联机床静平衡的目的.     

数控机床进给系统的仿真

根据机械动力学原理建立了数控机床进给传动系统的数学模型,利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建了机床进给系统的仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线.利用仿真模型分析了非线性摩擦因素对系统精确的影响,并给出了提高传动系统性能的措施.为机械传动系统的设计和性能的改进提供了理论依据.     

插床六杆机构的运动学和动力学分析

建立插床六杆机构的矢量模型,采用matlab/simulink微分模块建立仿真框图,设置合理的初始条件,将运动结果可视化,获得插刀的位移、速度、加速度曲线.调整构件的相对长度,得到不同的运动曲线,从而实现机构设计的快速性.在计及摩擦力时,通过作摩擦圆和判断相对角速度的方法分析机构的受力情况.根据摩擦总反力始终与摩擦圆相切,并对铰链中心所形成的力矩方向与相对角速度相反的原理,确定各个构件所受的摩擦总反力,最终将惯性力作用在相应的构件上.应用达朗贝尔原理进行动态静力分析,得出主动件上平衡力矩随时间变化的规律.     

数控车床进给系统的建模与仿真

根据机械动力学原理建立了机床进给传动系统的数学模型,利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建了车床进给系统的仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线。利用仿真模型分析了间隙、死区等非线性因素对系统精度的影响,并给出了提高传动系统性能的措施。为机械传动系统的设计、参数的选择以及性能的改进提供理论依据。     

HEV再生制动过程中CVT速比控制策略

考虑混合动力汽车制动安全性和燃油经济性,提出了一种基于电池SOC值和制动强度的再生制动力控制策略.提出了通过调节CVT的速比及控制电机工作在高效区来提高电机发电效率的再生制动控制方法.进行了整车再生制动系统建模和典型城市驱动循环工况下的仿真,结果表明,提出的CVT速比控制策略能使以CVT为变速器的混合动力汽车比以MT为变速器的混合动力汽车在ECE EUDC驱动循环工况下的再生制动能量回收率提高2.86%.     

六自由度并联机床的工件坐标系定位

以六自由度6-TPS型并联机床为模型,分析了工件坐标系定位对刀具加工范围和运动精度的影响,并据此将工件坐标系定位归结为一类兼顾作业空间和运动精度的有约束非线性规划问题。基于求解非线性规划的复合形法,提出并开发了工件坐标系定位算法,并给出具体的算法流程。这种方法包括确定初始定位矢量、构造定位矢量的初始复合形、建立目标函数和优化计算4部分。最后,针对一组给定的刀位文件,利用上述方法进行了机床的定位规划和计算,验证了算法的合理性和实用性。     

2(3PUS+S)并联机构驱动部件振动模型分析

为了改善一种新型的2(3PUS+S)并联机构的驱动部件对整个并联机构运动稳定性的影响,对该并联机构的驱动部件振动模型进行了深入的分析。先通过混合法建立驱动部件的轴向振动模型和扭转振动模型,再通过拉格朗日方程法得到扭转和轴向振动模型的固有频率和振型,然后将数据导入MATLAB软件中进行编程计算、数值模拟仿真。结果表明:轴向振动固有频率随着滑块的位置升高而减少,对于扭转振动固有频率,低阶固有频率随着滑块的位置升高而增加,高阶固有频率则呈现和轴向振动固有频率相似的规律。可见通过对驱动部件振动模型的分析,对提高整个并联机构运动稳定性具有指导性意义。     

复杂结构上的磁悬浮轴承混合控制关键技术

通常磁悬浮主轴单元采用相对位移运动控制，安装到复杂机床结构上后，由于受到切削力、不平衡力、AMB及主轴电机电磁力和机床其他激励作用的影响，难以获得更高的加工精度。为了提高安装于复杂结构磁悬浮主轴单元的精度和动刚度，提出相对和绝对运动混合控制策略。分析了实现混合控制需要解决的关键技术问题以及混合控制方法的应用展望。