绳驱动并联清洗机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用至外墙清洗领域,并对清洗机器人的动力学建模及张力优化进行深入研究。首先,确定机器人的构型为完全约束绳驱动并联机器人,并建立了考虑绳索弹性的动力学模型;其次,针对该类型绳驱动并联机器人绳张力解不唯一问题,提出将相关力改进的最小方差作为优化目标对绳索张力进行优化。最后,通过Simulink-Adams进行联合仿真验证。结果表明,优化后的绳索张力光滑连续变化。系统开环的情况下,圆形轨迹最大误差均值为0.071 m,终点误差均值为5.15 mm;直线轨迹最大误差均值为9.25 mm,终点误差均值为3.5 mm。解决了完全约束绳驱动并联机器人绳索张力不唯一、不连续问题,并为控制策略研究提供理论依据。     

绳驱动并联打磨机构模糊控制策略

船舶坞修作为维护和修复船舶结构的关键环节,在船舶行业中扮演着重要的角色。然而,目前船舶坞修时表面打磨过程依赖于传统的人工作业,存在着效率低、工时长、危险性高等问题。为此,提出了一种新型绳驱动式打磨机构,该机构采用四根绳索驱动打磨装置实现三自由度的运动。首先,通过拉格朗日法建立系统的动力学模型;然后在动力学模型的基础上提出了一种带有绳索张力优化项的Fuzzy-PID(proportional integral derivative)控制策略,该控制策略可以实现精确的轨迹跟踪并保证绳索处于张紧状态;最后,通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,和绳牵引并联机器人上常用的PID控制相比,所提控制策略控制精度提高25%,具有较高的控制精度和稳定性。本文提出的绳驱动式打磨机构及其控制策略可为大型结构件表面处理和精密制造等应用提供一定理论支持。     

船用起重机多绳系统同步运动控制策略

针对船用起重机在进行起升、变幅动作及受到外部扰动时,船用起重机多绳系统的减摇索之间无法实现同步运动的问题。首先建立了船用起重机多绳系统的运动学和动力学模型,接着提出了模糊PID控制策略,最后采用Matlab/Simulink软件进行仿真分析。结果表明:在模糊PID控制策略下,多绳系统期望绳长与实际绳长的误差逐渐趋向于零,期望绳长速度与实际绳长速度的误差逐渐趋向于零,相比于传统的PID控制效果,模糊PID控制策略具有更高的鲁棒性。     

船用起重机磁流变防摆装置动力学分析及实验验证

为了解决船用起重机在执行吊装转运作业时,货物出现摆动降低工作效率且极易造成安全事故的问题。将磁流变技术引入到船用起重机防摆领域,设计了一种机械式防摆装置。推导了船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型。对装置的防摆效果进行分析,结果表明,当输入给磁流变防摆装置恒定电流时,随着电流增大,防摆效果愈加明显,在设定工作背景下,当给定电流2A时,对面内角及面外角的抑制分别为75%、82%。为了优化控制策略,降低能耗,提高防摆的鲁棒性,设计了变论域模糊PID(VUFPID)控制器。采用VUFPID控制器时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为85%,83%,能耗约为113J;采用A组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为60%,68%,能耗约为140J;采用B组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为50%,58%,能耗约为110J。可见采用VUFPID后,能实现低能耗,效果明显的防摆作用。最后搭建实物样机,验证了磁流变防摆装置的有效性。     

船用起重机吊重防摆控制研究进展

梳理了船用起重机机械式防摆装置和电子式防摆装置的研究进展,总结主流设备制造商采用的防摆技术.在此基础上,分析当前船用起重机防摆控制亟待解决的问题,进而提出该领域未来的发展趋势,包括装置结构不断优化、通过综合多种控制方法对船舶多自由度运动进行补偿以及实现智能化控制,以期为相关研发提供参考.     

水下机器人回收装置的动力学分析与实验验证

为提高AUV（autonomous underwater vehicle）布防回收过程中的效率和安全性,本文通过以船舶起重机为基础研究了一种不仅可以通过电机自主调节吊笼的开口方向而且能够利用绳索减摇使回收过程更加稳定的AUV水面布放回收装置,建立了船-起重机-吊点-减摇装置-吊笼的三维动力学模型,首先通过Adams搭建虚拟样机进行仿真,得出了当利用电机调节吊笼开口方向时四根绳索的拉力的变化和吊笼的姿态变化,然后利用Matlab联合仿真采用PID控制策略对其进行了减摇的仿真分析,验证了减摇方案的可行性。在已有的理论基础下搭建了实验样机进行了实验验证。结果表明:在受船舶激励的情况下,横摇的减摇效果达70%;纵摇的减摇效果达60%,电机进行姿态调整时各个绳索的拉力稳定能够完成姿态调整,能够有效的完成布放回收工作。可见当AUV靠近吊笼时依靠姿态调整电机进行姿态调整,使AUV能够进入吊笼;当AUV进入吊笼以后本装置有良好的减摇效果,使回收过程更加稳定。     

3UPU-UP并联平台可操作性与工作空间分析

6支链并联平台存在着复杂的位置约束,并且当控制算法失效时对机械结构容易造成损坏,因此,本文针对一种3UPU-UP并联平台对其进行运动学可操作性与工作空间分析。首先通过矢量法与运动学的分析,得出了3UPU-UP并联平台运动学模型,以此为基础,首次将串联机械臂可操作度的评价指标与3UPU-UP并联平台的机构结构特性相结合,对3UPU-UP并联平台的可操作度进行了计算、分析和可视化处理;并将蒙特卡洛法与正运动学相结合对并联平台的工作空间进行了计算、分析和可视化处理。能够更加直观、完整表述并联平台的可操作度和工作空间。通过这些研究,为3UPU-UP并联平台的设计提供了理论依据并证实其理论上的可行性。     

起重机吊重系统三绳机械减摇装置设计

鉴于船舶海上作业时起重机吊重的摇摆问题,设计了一种三绳机械减摇装置;其原理是利用三根外设的减摇索在吊钩处形成稳定的力三角形,并有效的限制吊重的摆幅,进而抑制吊重的摇摆。利用牛顿-欧拉方法建立了吊重系统的动力学模型,在MATLAB/Simulink中进行数字建模仿真分析,对不同横摇角度下该装置的减摇情况效果详细的分析,结果表明添加减摇装置后,吊重的面内角可减小86%左右。搭建试验平台进行试验验证,在与仿真条件相同的情况下,吊重的面内角可减小87%左右,面外角可减小95%左右,表明该装置具有明显的减摇效果。     

形状记忆合金驱动的软体仿生手掌

与刚性部件控制的机械手臂或者手指相比,以记忆合金丝作为驱动器的驱动部件,避免了结构复杂的刚性部件以及复杂的运动反馈控制系统,其输出力—重量比高,驱动方式简便,引起各界的关注。本文以形状记忆合金为基础,设计试验了一种形状记忆合金丝驱动的软体仿生手掌。阐述了驱动记忆合金的原理、手掌的制作原理,建立了软体仿生手掌的运动学模型,采用matlab进行了运动学仿真验证分析,通过物理试验证明记忆合金驱动的软体仿生手掌可以达到手指弯曲及实际物体抓取的效果。     

三绳机械减摇装置的设计与研究

鉴于船舶海上作业时起重机吊重的摇摆问题,设计了一种三绳机械减摇装置,其原理是利用三根外设的减摇索在吊钩处形成稳定的力三角形,并有效的限制吊重的摆幅,进而抑制吊重的摇摆。利用牛顿-欧拉方法建立了吊重系统的动力学模型,在Matlab/Simulink中进行数字建模仿真分析,对不同横摇角度下该装置的减摇情况效果详细的分析,结果表明添加减摇装置后,吊重的面内角可减小86%左右。搭建试验平台进行试验验证,在与仿真条件相同的情况下,吊重的面内角可减小87%左右,面外角可减小95%左右,表明该装置具有明显的减摇效果。