挑臂长度对钢桁梁颤振稳定性的影响

基于数值模拟方法研究挑臂长度对钢桁梁悬索桥的颤振稳定性影响. 通过风洞试验测试不同攻角下某悬索桥钢桁梁原设计断面（挑臂长度L为0.947 m）的颤振稳定性，并与CFD结果对比，验证了数值方法的可靠性. 然后对同一折减风速下单个周期气动力输入的能量值大小以及流场的演变规律进行研究，得到不同的挑臂长度（0.0L， 0.5L， 1.0L， 1.5L）对钢桁梁颤振稳定性的影响. 结果表明：正攻角下，挑臂长度对钢桁梁的颤振稳定性影响不明显，而0°攻角及负攻角下，挑臂长度为1.5L的钢桁梁断面颤振稳定性显著优于其他工况. 0°攻角钢桁梁上表面旋涡的运动导致的压强变化以及下表面迎风侧压力值的变化成为气动力的主导因素，气动力方向与钢桁梁运动方向相同，促进扭转振动发散，而增大挑臂的长度削弱了上表面旋涡的尺度，并在挑臂处形成了强度大小相对稳定的压强区. 负攻角钢桁梁上表面无明显旋涡，下表面旋涡的演变及压力变化成为颤振发散的主导因素，增加挑臂能削弱下表面旋涡的尺度和强度，并在迎风侧挑臂的下表面处持续形成稳定的负压区，气动力输入的能量值为负.     

基于零空间的冗余机械臂轨迹有效性判断方法

针对传统方法难以在线判断冗余机械臂末端轨迹在关节限位和碰撞约束下有效性的问题,提出了一种基于零空间描述的在线判断S-R-S(球型-旋转-球型)七自由度机械臂末端轨迹有效性的方法.首先,提出有效计算关节限位下臂角集的方法和改进的碰撞检测方法以实时计算冗余机械臂的零空间.当给定末端位姿的零空间为空时,机械臂受关节限位和碰撞的影响无法到达该目标位姿.然后,基于该思想提出一个新的期望轨迹有效性判断方法,该方法无须像传统方法预计算和构建工作空间数据库,能实时判断多约束下末端轨迹的有效性.最后,机械臂实验验证了该方法的有效性和实时性.     

一种仿人机械臂的动力学建模和固有频率研究

气动肌肉驱动器因能很好地解决机械臂柔顺性的问题,其在仿人机械臂上的应用已经成为了研究热点。但目前针对机械臂的建模多忽略驱动器质量,或考虑为集中分布情况,同时一般考虑关节铰为线弹性扭簧。这些假设不太符合气动肌肉驱动器的实际力学性能。因此通过D-H法建立了一种仿人机械臂结构的运动学模型,核算了其奇异位形。通过能量法建立了驱动器质量分散分布下的仿人机械臂的动力学模型;通过假设模态法进行离散化,得到标准特征式方程。基于Wolfram Mathematica 9进行编程,获得了该仿人机械臂在两个关键的奇异位形之间运动时,其固有频率随关节角度和关节铰刚度变化的形式。     

任务约束下七自由度机械臂拟人运动规划

为解决基于随机采样的算法在任务约束下运动规划存在计算量大、效率低且不考虑拟人的问题,提出一种任务约束下七自由度机械臂拟人运动规划方法．本方法在任务空间中采样,首先为机械臂末端规划出一条满足任务约束的无碰撞路径,采用高斯过程学习的方法得到机械臂末端路径点与拟人臂构型间的关系;然后完整描述机械臂自运动流形,为不满足关节限位或碰撞的拟人臂构型对应的末端路径点选取次拟人臂构型,得到任务空间与关节空间的映射关系;最后将此映射关系与任务空间下的无碰撞路径相结合用于机械臂拟人运动规划．实验结果表明：与改进快速扩展随机树(RRT^*)和基于投影的方法相比,本方法规划的路径长度分别减少了55%与38%,速度分别增加了39%与68%,满足任务约束,且运动更加拟人．     

硅臂加工误差对微靶装配精度的影响研究

为预测加工误差对微靶装配精度的影响,开展了加工误差对硅臂刚度及应力分布的影响研究. 基于PRO/E逆向工程对实际加工的硅臂样品建模,并搭建实验平台,建立微力与微位移关系的数学模型. 采用仿真与实验相结合的方法,对硅臂存在加工误差与无加工误差的情况下的刚度进行对比,定量预测微靶的装配精度. 研究表明为提高装配精度,必须充分考虑装配力和形位误差形成的非线性误差和非均匀应力场的影响.      

对六自由度机械臂运动路径设计的探讨

本文讨论了关节式机器人的机械臂运动路径设计问题。考虑无障碍和有障碍两类不同运动情境,给出不同的算法。在无障碍运动中,通过讨论指尖到指定点和指尖沿指定曲线的不同运动情况,给出各自较为合适的模型使其达到便捷、有效的运动;在有障碍运动中,抛开了传统方法,提出一种新的实时运动规划方法,大大缩小了搜索空间,从而有效地提高了系统效率。最后,对连杆长度和最大旋转角等设计参数给出合理建议,以进一步提高机械臂的灵活性和适用范围。     

考虑吊钩组升降的伸缩臂起重机动力学模型研究

建立了一种模拟伸缩臂起重机转台回转,吊臂变幅、伸缩,吊钩升降的运动学、动力学模型.利用光滑连续的正余弦函数描述伸缩臂起重机的运动,使用拉格朗日方法列出吊钩组的动力学方程,并用时变约束方程描述吊钩钢丝绳的升降长度,最终组成微分代数方程,使用约束稳定化方法进行求解.通过算例验证了伸缩臂起重机动力学模型的正确性.该模型可以为伸缩臂起重机的复合动作控制研究及虚拟吊装方案设计提供参考.     

多连杆机械臂加速度层最小运动规划和控制策略

为实现多连杆机械臂在加速度层最小运动规划和控制,提出了一个基于最小加速度范数的运动控制策略.该方案通过二次规划的描述,考虑机械臂的关节角、关节速度和关节加速度极限约束,在运动控制过程中规避了机械臂的物理极限.为高效地控制机械臂运动,提出计算复杂度较低的迭代控制算法.六连杆机械臂仿真实验结果验证了最小加速度方案及其迭代控制算法的有效性.     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。     

人机协作下机械臂动态避障与避奇异研究

针对人和机械臂在同一空间下协同工作时,机械臂的运动可能对人造成伤害这一问题,提出一种基于机械臂关节速度空间的动态避障与避奇异算法.该算法对机械臂的奇异性进行量化分析,采用最小阻尼二乘法实现机械臂的避奇异操作.同时融合人工势场的思想,借助机械臂的非完整雅可比矩阵,实现机械臂对人及自身的实时动态避障.最后在仿真和实际机械臂上进行实验,实验结果表明:该算法可以实时地对环境中的动态行人进行主动避障同时避开机械臂的奇异点,保证人机协作过程中操作人员的安全.