Stewart平台运动轨迹误差分析

通过并联构型运动学求解,从六自由度并联机构的位置反解模型,完成位置正解数学建模.通过并联构型运动轨迹精度分析,获得六自由度并联机构沿X轴正向位移过程中,相关姿态误差和位置误差随X轴正向位移的变化,仿真结果显示,位置补偿使误差呈数量级下降,可以有效提高此类装备的运动精度.     

艉轴密封装置Ω弹簧组的多参数优化设计

Ω弹簧组作为艉轴密封装置的重要组成部件,其结构补偿能力直接影响艉轴密封装置的密封效果.基于零阶算法,以单片弹簧的特征厚度、宽度、中圆半径和顶圆半径为设计变量,对Ω弹簧组进行多参数优化分析.通过有限元优化设计,分析求解Ω弹簧组各设计参数的响应以及径向刚度的最优解,优化后的刚度值比优化前的增加了11.5%.并对优化前后的Ω弹簧组分别进行谐响应分析,验证了Ω弹簧组径向刚度的优化设计对改变Ω弹簧组频率补偿能力的有效性,进而改善其结构补偿能力.     

3-RCR并联机构结构参数综合优化设计

少自由度并联机构优化设计的理论研究虽然取得了一定的成果,但其推广应用仍受到限制.对3-RCR并联机构位置进行了求解,得到了其雅可比矩阵,并获得了机构工作空间的体积和全域条件数;以此为基础对机构进行了参数综合优化,以工作空间的体积最大和灵巧度最高为目标,建立了优化设计数学模型,并用MATLAB遗传算法优化工具箱求解,得到了满足目标要求的结果,为机构的推广应用提供了理论基础.     

丝传动3-S■R并联机构运动学分析与力反馈控制

并联机构刚性高且动态性能好,用于开发力反馈设备时,在力觉刚性以及位姿分辨率方面优势明显.学界与业界多基于Delta机构开发高性能并联力反馈设备,本文采用3-S■R并联机构设计和开发出一种新型力反馈设备.采用丝传动方式并基于差动原理,提出了一种新型直线动单元作为3-S■R并联力反馈机构驱动副,有效提升了力反馈设备的位姿分辨率与力觉刚性.并联机构的位置正解效率直接影响操控力反馈设备的实时性,本文以动平台中心和球铰链中心距为中间变量,构造出量纲统一的迭代矩阵,实现了该机构位置正解模型的高效求解.相较于传统位置正解的数值方法,求解效率提升近一个数量级,大幅提升了该力反馈机构的位姿反馈实时性.在运动学模型的基础上,基于虚功原理建立了力反馈机构的力映射模型,提出一种含机构重力补偿的反馈力计算方法.基于上述方法开发算法并设计出控制系统,实现了力反馈机构的位姿实时监控及反馈力控制.通过重力补偿实验,验证了上述方法及其控制系统的有效性.     

基于工作空间的4RRR冗余并联机构支链优化

工作空间分析是机构设计及运动控制的基础,传统的分析方法限于理论计算,缺乏对机器实际安装效果的研究。该文基于运动学模型及支链运动约束方程,完成了一个4RRR冗余并联机构的支链优化设计。利用Newton-Raphson法和D-H法得到机构的运动学正解和逆解方程,通过分析机构全部5种支链构型下的运动约束,结合运动学模型得到各种构型下的实际工作空间,并依此得到了该4RRR机构的最优支链构型。研究表明:在机构运动学模型中添加构件运动约束方程,能模拟机构的真实运动,其工作空间的分析结果能够用于机构实际安装形式的优化,该方法是对传统的并联机构支链优化方法的有益补充。     

一类大转角两转动并联机构的构型分析与运动学优化设计

面向航空航天和仿生设计等领域对大转角两转动并联机构的应用需求,围绕一类新型两自由度转动并联机构——2-RRRR2-RSR机构的构型分析与运动学优化设计问题展开研究.首先,以投影关系为基础分析2-RRRR2-RSR并联机构在给定工作空间内实现两自由度转动运动所需满足的几何条件,并针对两种投影情况分析机构的参数特解.其次,基于闭环矢量法求解2-RRRR2-RSR并联机构的位置逆解,推导机构驱动角度与动平台姿态角之间的映射关系,继而利用RRRR支链与RSR支链的运动特点,获得机构动平台姿态角的正解模型.以此为基础,借助螺旋理论建立2-RRRR2-RSR并联机构的速度映射模型,构建机构的广义雅可比矩阵,并通过软件仿真验证机构位置正、逆解及速度映射模型的有效性.再次,根据2-RRRR2-RSR并联机构的运动特性,以奇异性、铰链许用转角范围、连杆安全距离为约束条件,借助极限边界搜索法求解机构动平台中心点的位置工作空间,进而对应位置工作空间等效获得机构的转角工作空间.最后,借助螺旋理论中运动与力的互易积的物理含义定义可描述2-RRRR2-RSR机构瞬时功率传递特性的无量纲运动学性能评价指标,并结合工程实际需求设定机构的约束条件,实现机构的尺度参数的运动学优化设计.研究成果可为大工作空间两自由度转动并联机构的样机设计与控制策略制定奠定理论基础.     

基于四元数表示法的并联机构姿态奇异研究

基于单位四元数表示并联机构动平台的姿态,推导出当6/6-SPS 型Stewart并联机构动平台处于固定位置时机构姿态奇异轨迹的解析表达式,并通过计算机仿真给出姿态奇异轨迹的三维可视化描述.还探讨了机构动平台的几何外形、动平台和定平台的外接圆半径比、动平台的位置对机构姿态能力的影响.对机构姿态能力的研究为Stewart并联机构的优化设计提供了理论依据.     

风洞6PUUS并联实验台运动位置控制仿真及结构优化

针对风洞模型实验平台的6PUUS并联机构,分析了其工作原理及运动要求,运用并联机构运动学逆解及空间笛卡尔坐标变换理论求出了该类机构在任意实验给定欧拉角下的拉杆运动位置和滑块的运动插补路径.根据空间位置插补求解算法,验证了该算法的正确性.通过仿真分析获得了这类并联机构在工作范围内不发生滑块相撞的关键因素,最后结合机构参数的变化,对比优化前后的拉杆和动平台尺寸参数,证明该方法和仿真程序可以为这类并联机构的优化设计和奇异位形的辅助分析提供帮助.     

虚拟环境下汽车引擎盖的匹配调整策略

为研究汽车制造装配中汽车引擎盖的匹配过程,文中基于有限元分析的虚拟环境,搭建了引擎盖的外综合样架匹配虚拟模型,并通过不同力学因素条件的对比分析以及调整元件的参数敏感性分析,得到了重力和弹性调整元件变形对引擎盖匹配的影响,以及调整元件参数调整值对各个基准点位置偏差值的敏感性,最后结合多目标优化方法,提出了一种考虑重力和弹性调整元件变形的引擎盖快速匹配调整策略,并成功应用于汽车虚拟匹配中。仿真与试验结果表明该策略可以有效地减少装配调整成本和提高调整效率。     

3-(P)US/PU 3自由度并联机构运动学优化设计

研究了一种带恰约束从动支链的3自由度并联机构的运动学优化设计.该机构采用3-PUS/PU拓扑结构,可实现一维平移和两维转动自由度.在构造出该机构全速度雅可比矩阵的基础上,以支链误差传递率为性能指标,在考虑必要机械约束的基础上,采用遗传算法实现了该机构的尺度参数优化设计,并给出相应算例.由实例可知,经优化得出的尺度参数合理.此优化方法同样适用于其他类似并联机构的运动学设计.