面向光伏板清洗的单轨行走式机器人清洗器位姿研究

基于单轨车辆转向架技术,构建一种单轨行走式光伏电池板清洗机器人。根据机器人系统的力学、几何特性及其行走架的行走机理,提出5条基本假设,构造基于弹簧阻尼模型的清洗机器人-电池板系统力学模型。建立行走过程中清洗机器人的运动学方程,研究在清洗器任意运动下行走架的动态响应,确定清洗器在工作区间内对应的位姿。利用分段函数建立清洗器对应工况下的运动函数,基于MATLAB/Simulink建立仿真模型,得到行走架和清洗器对应的位姿变化曲线。结果表明清洗器的运动对行走架的位置参数存在一定影响,清洗器的位姿与自身的工作位置有关。样机试验进一步验证了设计构型与分析模型的合理性。

基于LM算法的机器人运动学标定

机器人参数估计与误差补偿的标定方法是提高机器人末端位置定位精度的重要手段。课题组建立UR3机器人DH参数运动学模型,基于机器人末端工作空间的出现频率概率分布确定机器人测量空间域;以激光跟踪仪测量空间域内的机器人末端位置,构造出机器人末端位置误差与几何参数集间最小二乘方程目标函数,利用自适应步长的LM(Levenberg-Marquardt)算法对其进行迭代求解,进行参数估计得到几何参数标定值,以此修正机器人系统理论运动学模型结构参数集。最后对标定结果进行验证和分析,结果显示标定后最大误差降低了47.48%,平均误差降低了37.98%,均方根误差降低了40.40%,证明了该标定方法的有效性和可靠性。

太阳能电池板表面积灰模型仿真研究

太阳能电池板表面灰尘颗粒的沉积严重制约着光伏发电效率,降低了电池板的使用寿命。提出建立灰尘与电池板间耦合关系以及计算清除灰尘作用力的方法;提出3条接触模型等价性假设,并基于离散元与弹塑性理论建立灰尘颗粒与电池板及灰尘颗粒间的力学模型;利用EDEM软件的Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型,仿真模拟电池板表面灰尘分布情况,预测清洗电池板的清洗力大小及清洗区域;分析电池板倾角、风向与电池板和颗粒间作用合力即清洗力的对应关系;为所研制电池板表面积灰清除机器人的清洗力和清洗周期确定提供理论依据。

基于奇异位形的塑壳断路器操作机构合闸运动状态

塑壳断路器要求其操作机构设计需满足合闸、分闸、脱扣、终压力、开距、超程、电性能独立于手动操作力等性能指标;而其各性能、指标参数、操作机构结构参数相互关联耦合,导致塑壳断路器操作机构的设计及优化难度极大。提出依据机构奇异位形、限位块与机构接触状态,对塑壳断路器合闸运动过程进行阶段细分的划分准则,将合闸过程划分为七个运动阶段进行研究;研究机构在不同阶段拓扑结构、自由度变化情况,及对塑壳断路器性能指标的影响,并从原理上解释了塑壳断路器电性能独立于手动操作力的特性。该研究方法有利于揭示塑壳断路器操作机构运动过程的特性变化,为断路器操作机构的设计及优化提供理论基础。

基于同源机构构造的一类自运动机构综合及其比例尺度特征

以一类动静平台均为等边三角形的6-SS型自运动机构为研究对象,从同源机构构造的视角探究该类机构的综合以及尺度特征。根据末端构件存在的转动、移动特征,建立空间单环SSC机构的共形几何代数模型,分析其运动参数与尺寸参数之间的映射关系;基于该机构在最高位置处的垂直投影,构造了具有相同映射关系的一簇3-SS/C机构,揭示了等边三角形平台的6-SS型自运动机构的同源构成本质以及所需满足的位形条件。根据机构簇存在的尺寸转换关系,设计给定的3-SS/C机构的同源机构,分析并得出平台设计点满足的几何规律,提出了6-SS型自运动机构综合的几何化方法;进一步基于所得出的几何规律,揭示了该类机构的比例尺度特征,Griffis-Duffy平台为该类机构的特例。该项研究在丰富同源机构种类的同时,也为包含比例尺度特征的机器人机构拓扑结构设计提供了一个崭新视角。

基于解耦型1T2R并联机构的单驱动多维输出熔断器振实器研究

熔断器振动灌砂是熔断器智能制造的重要工艺环节,针对传统单维垂向振实器在灌砂过程中灌砂效率低,且密实度难以满足要求的缺陷,提出具有一维垂向移动及两维倾摆、俯仰转动的三维振动方式用以实现熔断器灌砂;基于方位特征集及机构解耦准则,构造可实现一平移两转动(1T2R)运动的三自由度解耦并联机构,并进行运动学正逆解分析;提出采用弹簧阻尼进行自由度约束,构造单输入多输出型多维振实器的新方法,实现单驱动下的多维振动输出的设计理念及准则;针对工艺所要求的振动幅值,在ADAMS中进行运动仿真及尺度优化;实验表明,该机构控制简单,振动密实性效果好,提高了智能电网用户端熔断器的安全性及一致性。

塑壳断路器操作机构第二奇异位形偏移特性

塑壳断路器操作机构为含弹簧柔性杆的连杆机构,其运动学与动力学耦合特性导致机构设计极为困难。其合闸运动经历两次主弹簧与不同构件共线的特殊位置:第一奇异位形和第二奇异位形;以两个奇异位形为边界条件,研究操作机构的变拓扑结构、变运动状态特性。以第一奇异位形瞬态动力学分析得到通过第二奇异位形的必要条件:手动操作力对操作手柄的力矩大于第一奇异位形处弹簧力的力矩;经过动力学分析,操作机构第二奇异位形偏移特性与弹簧刚度、弹簧预紧力有关。通过ADAMS仿真,发现弹簧刚度、弹簧预紧力越大,操作手柄在机构第二奇异位形处的角位移越小,操作机构第二奇异位形位置将超前;实物样机合闸实验说明塑壳断路器操作机构达到了设计要求。第二奇异位形偏移现象及偏移特性的发现与揭示,为塑壳断路器操作机构设计及性能优化提供重要理论依据和实用价值。