空间机构运动学建模与分析方法的研究

为了快速高效地建立空间机构运动模型以进行运动学特性分析,运用多体动力学原理,提出了一种计算机符号建模与数值的计算方法.在每根杆件上的运动副处建立笛卡尔直角坐标系,用这些坐标系之间的关联关系来描述空间机构的结构形态,推导了同一杆件上2个坐标系之间的变换关系,得到了杆件形状矩阵.根据运动副的类型和属性,推导了同一运动副处不同杆件上2个坐标系之间的变换关系,得到了运动副约束矩阵.通过在运动链上连续使用变换矩阵,建立了空间机构的数学模型,并用推导的运动方程对时间求导,得到了空间机构的速度和加速度方程.研究表明,由开发的空间机构运动学分析软件,结合空间4杆机构的运动学分析,验证了建模与求解方法的正确性,从而为空间运动机构建模与运动学分析提供了一种有效的方法.     

双端虎克铰型六自由度并联机构的动力学模型

为对支链两端为虎克铰型的并联机构进行优化设计及运动仿真,建立了六自由度的该类并联机构的动力学模型。基于运动学分析推导了机构的几何Jacobi矩阵,采用Newton-Euler法建立了所有构件的动力学方程,根据D'Alembert原理的约束理想性条件并利用几何Jacobi矩阵消去各方程中的未知约束反力,最终得到了各主动副驱动力的表达式。以一个六自由度运动平台为例进行计算,验证了该模型的正确性。该模型可用于实际的支链两端为虎克铰型的并联机构的分析和设计。     

柔性变胞机构动力学建模及仿真研究

基于柔性变胞机构由于特殊的结构和运动形式,其动力学方程是非线性的,基于第一类拉格朗日方程,推导出柔性变胞机构任意构态柔性体的质量矩阵、刚度矩阵及广义主动力矩阵,建立柔性变胞机构任意构态的动力学控制方程,为实现对柔性变胞机构的精确控制打下基础;另外,根据杆件增加和减少两种情况下的构态变换矩阵推导出全构态柔性变胞机构的动力学模型.以4构态的柔性变胞机构为例,建立动力学方程并仿真验证所建立的全构态动力学模型的正确性和有效性.     

考虑摩擦时平面机构动态静力分析的数值解法

该文提出考虑摩擦时平面机构动态静力分析的数值解法。该法以构件为示力体,建立矩阵形式的平衡方程,并给出求解平衡方程的选代格式。此外,该文还推导了平面运动副摩擦力(矩)等的解析表达式。在这些公式和有关约定下,可不画示力图而直接写出平衡方程,为平衡方程的自动生成奠定了理论基础。     

齐次坐标变换在空间机构分析中的应用

介绍一种用于复杂空间机构分析的简捷而有效的数学方法－齐次坐标及其变换,阐述了齐次坐标的定义,性质及坐标变换,在三维摆动混合机的运动分析中,用齐次坐标变换描述了相邻杆件之间的变换关系,再根据各杆件之间的递推关系推导出各杆件的运动学方程。     

考虑摩擦的含S副间隙6-SPS机构动力学分析

利用拉格朗日方程建立了理想并联机构的动力学方程,并利用连续接触模型得到了含间隙S副6-SPS并联机构的动力学方程,该机构动平台上6个运动副全部含有间隙.把动平台S副间隙简化为一个无质量连杆,其长度用随机函数表示,并在机构间隙的变化速度与机构运动速度之间建立函数关系,用机构运动速度表示机构间隙的变化速度.把动平台上6个运动副简化为一个推力轴承,研究摩擦对机构的影响,分析机构所受到的摩擦力矩.通过求解机构的动力学方程,得到机构的动力学特性曲线.结果表明:机构间隙和运动副摩擦对动力学特性都有影响,计算油膜黏性摩擦力矩时引入随机函数,使运动副球体的运动更接近真实状态.     

一种含间隙的柔性并联机构动力学仿真

运动副间隙和杆件柔性关乎机构动态特性及精度。以3-RSR并联式天线机构为研究对象,基于ADAMS软件建立其含间隙动力学模型,并考虑杆件柔性进行含间隙并联机构动力学仿真与偏差分析。通过对比分析仅考虑转动副间隙时不同间隙尺寸大小、单间隙、双间隙与三间隙下的仿真变化曲线,以及仅考虑杆件柔性时仿真变化曲线,分别获得转动副间隙与杆件柔性对机构偏差的影响规律,进一步分析得到不同杆件材料下综合考虑转动副间隙和杆件柔性对机构偏差的影响规律,以分析对并联式天线机构运动性能和稳定性的影响。研究工作对综合考虑运动副间隙和杆件柔性时并联式天线机构动态特性的研究及其设计具有一定的指导意义。     

计及摩擦的空间机构动力学方程

运动副中的摩擦无疑会影响空间机构的运动与动力性能。在空间机构动力分析中,怎样处理运动副中的摩擦,已日益引起普遍的关注。本文导出了具有普遍意义的包含摩擦的空间机构动力学方程。该方程形式规整,物理意义明确,且便于对空间机构进行计及运动副摩擦的动力学分析与计算。参3。     

多维减振平台主体机构3-RRC动力学分析

提出一种并联机构动力学分析新方法，即将达朗伯原理与虚位移原理相结合，直接建立并联机构的动力学模型．应用达朗伯原理得到各构件惯性力的显式表达式，根据虚位移原理并利用一阶影响系数矩阵得到了整个机构各主动副的平衡驱动力．该方法不反映机构关节约束力，特别适用于含闭链的机构动力学分析，表达简洁，适用范围广．另以并联机构3-RRC为例进行理论计算，验证了该动力学模型的正确性，并与ADAMS仿真结果进行对比，结果证明该方法实用有效．     

4UPS+UPU并联机构运动学分析

并联机构的运动学是研究其动力学特性和控制系统设计的基础,运动学的求解过程对并联机构后续的运动学和动力学特性分析影响很大。基于欧拉变换法,对4UPS+UPU并联机构进行了运动学分析,推导出位姿、速度和加速度的解析表达式及Jacobian矩阵和Hessian矩阵。通过数值仿真,得到了在给定动平台运动规律下的驱动支链长度、速度和加速度的变化规律。仿真结果表明驱动支链长度、速度和加速度的变化曲线均过渡平滑,有利于驱动杆的控制,有利于保证的机构动态特性。     

双臂机器人机构运动学分析

本文在多体系统理论及单臂机器人机构运动学的基础上研究臂机器人机构主，从壁在存在相对运动条件下的协调运动过程中的运动学关系，并给出协调运动过程主、从臂应满足的位置和姿态约束方程。     

伴随卫星伴随运动运动学分析

通过对伴随运动运动学的研究。推导出伴随卫星与主星相对运动运动学关系，论述了其三方面的应用；假设主星轨道为圆，推导了地心固连坐标系和主星轨道坐标系中的伴随运动方程(四种情况)，并通过分析得出伴随轨道的形状和特性。     

伴随卫星伴随运动运动学分析

报道了激光驾束制导1．06μm激光源的实验研究结果。通过对三镜折叠腔进行传输矩阵分析和数值计算，筛选出一组能实现低阀值、高功率、稳定性好的优化腔参数。当泵浦功率为24W时，获得了TEM00模振荡的6W输出功率，其光-光转换效率为25％。输出功率达到了架束制导激光照射器的要求。     

双臂机器人机构的约束方程

本文在单臂机器人机构运动学及多体理论的基础上，建立双臂机器人机构在协调运动过程中的位置、姿态、速度水平和加速度水平的约束方程。     

设计滚子移动从动件盘形凸轮机构实际轮廓的瞬心法

本文根据相对运动原理,用瞬心法建立滚子从动件盘形凸轮机构实际轮廓相对于动坐标系的直角标方程,然后采用坐标旋转变换得到其相对于定坐标的直角坐标方程,从而为凸轮的设计和制造提供了一种新方法     

大尺寸三维激光测量系统标定方法

研究了一种基于平面几何射影变换原理的三维激光测量系统标定方法. 根据测量系统中激光扫描平面的旋转特点,基于平面射影变换中直线不变的映射关系建立了标定对象表面被测点在不同参考系之间变换的约束关系,并采用封闭运动链思想定义系统参考系空间刚体变换关系,将系统标定问题转化为世界坐标系下系统内参数矩阵和外参数矩阵的求解. 通过空间变换关系得到上述2个矩阵的解,实现系统的标定. 该方法标定装置简单、速度快、稳定性好,能够满足实际工程应用中的需求.     

溜冰机器人运动学分析

设计了腿轮混合结构的溜冰机器人，基于常规的运动学分析方法，建立了相关的惯性坐标系和滚轮坐标系，并根据滚轮在法向无滑动，切向作纯滚动的假设，建立了中心定位轮的运动约束方程及机器人的运动学模型，提出了法向和切向运动特征矩阵的概念，并讨论了机器人的移动性问题，得出机器人存在运动的条件，设计了溜冰机器人运动学状态空间表达式和运动学控制方程，以溜冰机器人为例，分析了其转弯和直线滑行时的运动学问题。     

基于广义几何误差模型的微机器人精度分析

为描述各种误差源对机器人本体产生的影响 ,提出了一个用于微机器人精度分析的通用方法。通过任意两坐标系间的向后微分关系 ,利用运动学方程以及并联机构的环路特性 ,建立了微机器人的广义几何误差模型。利用此模型 ,可以对微机器人进行精度评估和误差修正。该方法可推广应用到一般并联机器人的误差建模和精度分析     

基于旋量理论的上肢康复机器人Kane动力学方程

引入基于旋量理论的运动旋量、力旋量及偏速度旋量等概念,推导得出五自由度上肢康复机器人的Kane动力学方程.结果表明,采用旋量理论分析机器人更加简明有效,比建立局部坐标系的D-H法更简易.Kane方程的求解只需加、减、乘运算,与拉格朗日、牛顿-欧拉等非线性动力学方程相比,计算效率更高,更易于实现实时控制.通过仿真研究了机器人各关节从初始位形到准备位形的角位移、角速度、角加速度以及驱动力矩,验证了基于旋量理论的Kane方程的正确性和有效性.     

旋量理论的变胞机构全构态动力学模型

为丰富和发展机构学理论,通过引入切断铰,将空间串并联机构的运动学分析问题转化为开链机构和局部闭链机构的运动学分析子问题,基于旋量理论建立切断铰空间机构的运动学和动力学模型。采用旋量理论和Kane方法对五杆两自由度闭链变胞机构的广义主动力和广义惯性力进行了计算,并建立切割变胞机构的全构态动力学方程。该方法为变胞机构的动力学建模提供了参考依据。