基于主动关节机构的航天扰性结构的振动控制

基于一种主动关节机构,针对航天扰性结构的振动控制问题,提出了新的振动主动控制方法.分别对关节机构的变刚度阻尼特性以及基于关节机构和航天太阳能帆板组合振动控制系统的特性进行了理论建模与分析,在此基础上,搭建了实验测试平台并进行了振动控制实验.关节机构自测实验结果表明,在-15°~15°的范围内,关节机构的扭转刚度与励磁电流近似成线性关系;通过改变电流的大小,可以实现其刚度在0.391~1.362N·m/rad范围内的变化.另外,对航天太阳能帆板系统的振动测试实验表明,利用关节机构进行振动主动控制,可以提高系统的固有频率,使振幅衰减9.5dB,降低到原来的1/3,有效地对航天太阳能帆板的振动进行了主动控制.     

一体化可变刚度关节结构设计与分析

为满足关节型机器人在非结构化工作环境中人机安全性与环境适应性,基于关节柔性生成机理与可变刚度关节构型特征,提出了一种新型一体化可变刚度关节。考虑到关节紧凑化、模块化与可主、被动刚度调节等设计需求,设计了凸轮型刚度调节机构作为关节刚度调节模块。基于关节数学模型提取关节刚度影响参数,在此基础上对关节主、被动刚度特性进行了分析。基于关节样机展开刚度调节性能实验,实验结果表明关节具有合理的刚度调节范围,以及动态运动过程中主、被动刚度调节能力,满足机器人工作过程中关节刚度变化需求。     

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.     

移动式康复训练机器人及下肢康复运动分析

提出了一种融合轮椅助行与康复训练为一体的移动式康复训练机器人的设计,该机器人除可实现坐、卧、站、助行等基本功能外,还兼具下肢康复训练能力.首先对移动式康复训练机器人的结构原理进行了介绍,其次针对机器人坐姿状态下的下肢康复机构进行了运动学建模.针对坐姿状态下下肢训练机构关节空间与训练空间的广义坐标不同,建立了下肢训练机构训练空间与关节空间的映射关系模型.最后基于所设计的下肢训练机构,对其可实现的典型训练模式进行了规划分析,证明了本研究中下肢康复机构设计的有效性.     

梳齿形柔性铰链的设计与分析

提出了一种基于平面折展机构的梳齿形状的新型柔性铰链,设计了该铰链的结构形式,并对其进行了分析,推导出该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式.通过设计实例的理论计算和有限元仿真分析,验证了计算公式和仿真模型的正确性,同时也验证了新型铰链的弯曲等效刚度在较大角位移下仍能保持良好的线性.对设计实例的强度进行了校核,在铰链达到最大角位移时具有较大的安全系数,并对设计实例的扭转等效刚度进行了仿真分析.最后,将设计实例的弯曲等效刚度与文献给出的IT-LEJ及LET铰链的弯曲等效刚度进行了比较.     

利用结构等效转换的空间可展机构装配误差建模与灵敏度分析

为解决空间可展机构装配过程中无法对杆件进行精准定量调整的难题,针对杆件耦合与环约束复杂等特点,提出了一种空间可展机构装配误差建模与灵敏度分析的方法。首先,通过结构等效转换将空间可展机构分为两部分,并分别基于闭环矢量与虚位移法,推导出上述两部分的几何精度模型,然后利用线性叠加,建立了空间可展机构整体装配误差模型。在此基础上,运用偏微分法完成了空间可展机构误差灵敏度分析,实现了关键误差源识别。最后,以星载SAR卫星天线空间可展机构为数值算例进行了计算,结果表明:在杆长误差和铰链安装位置误差范围相同的情况下,单独调整支撑杆件能更好地满足装配精度要求,且星体连接杆尺寸误差对天线面板指向精度的影响尤为显著。     

双层LEMs提升机构设计与分析

设计了基于平面折展扭转铰链(LET)和长铰链的双层平面折展机构(LEMs)提升机构,给出了设计结构,推导了长铰链的等效扭转刚度计算公式,建立了机构的伪刚体模型,并利用虚功原理推导了机构输入力与输出转角的关系式,计算了提升高度.对设计实例进行了理论计算和有限元仿真分析,得到机构提升高度的理论值及仿真值,其相对误差都在3%以内.利用聚丙烯材料按照设计尺寸制作了该双层LEMs提升机构,在滑块位移相同的情况下,机构提升高度的实测值和仿真值基本一致.     

可折展空间八转动副连杆捕获机构的设计

为实现几何形状未知与运动参数不确定的空间目标捕获,提出了一种由8个转动关节依次连接组成的可折展空间连杆捕获机构。利用螺旋理论对该机构进行自由度分析,得到其在分岔位置的3个瞬时自由度;采用几何法对该捕获机构进行运动学分析,将其运动解耦为球面4转动副机构,建立了其在一般位置下的环路方程以及发生运动分岔的条件方程,进而得到捕获机构的包络空间;采用四元数法建立目标运动的数学模型并得到其运动包络范围,通过对比分析得到该机构实现目标捕获的条件并进行仿真验证;基于运动学模型设计原理样机并开展针对3种不同尺寸目标的捕获试验,验证了该捕获机构的功能。试验结果表明:该空间8个转动副连杆捕获机构能够利用折展功能形成大包络空间以实现对目标的捕获,并具有控制系统可靠性高、对目标定位要求低的特点。     

3-RRR并联机器人含间隙的运动学标定及误差补偿

机器人构件几何尺寸误差与关节间隙共同影响了机器人的定位准确度与精确度.文中基于考虑关节间隙的误差模型,使用运动学标定的方法对上述两误差源进行了识别,分析了关节间隙对重复定位中误差分布规律的影响.通过在逆运动学模型中补偿识别到的构件几何误差,以及将标定后的定位误差补偿到控制指令,提高了机构定位准确度;通过在控制中实时补偿关节间隙对定位误差的影响,提高了重复定位精确度.     

表面肌电信号的基本尺度熵分析方法

提出了一种基于基本尺度熵的表面肌电信号特征的提取方法.对动作持续阶段的信号进行基本尺度熵的计算,来获取肌电假手执行腕上翻、腕下翻、展拳和握拳4类动作时所对应的表面肌电信号特征.实验结果表明,通过这种方法获得的基本尺度熵能够聚集,在各自特定的范围内具有很好的类区分性,通过聚类可以有效地进行手部4种动作类别的区分.