仿乌贼水下采样机械手建模与仿真

为了解决机械手在水下作业过程中由于施加过大的压力而造成样本的破损、抓取后样本无法保存等问题,设计了一种仿照乌贼进食的水下采样机械手。机械手由两个耦合气缸驱动器驱动;其内部设有偏置叶轮泵,形成低压区,带动水流无接触吸取难采集的样本。建立机械手三维模型,计算机械手运动学方程,用闭环矢量法求解了驱动器与末端执行器之间的函数关系,得到了工作空间和运动轨迹,验证了机械手结构的合理性和可行性。最后,将该机械手装配到水下采样机器人上,仿真试验水下不同角度航行采样时的整体受力情况,为该机械手在今后视觉控制水下采样等方面的研究打下了一定的基础。

仿象鼻螺旋形折展机构设计与应用研究

基于象鼻卷起及伸展两种姿态,设计了一种多模块组成的螺旋形空间折展机构。分析模块间的几何关系,通过D-H法算得模块端点位置;探讨了螺旋形受模块夹角、长度、数量及缩放系数的影响;通过尺度优化,从整体上设计螺旋形状,以太阳翼的设计为算例,将最大展开长度作为目标函数,以螺旋形范围、间距和杆件尺寸为约束条件,计算得出尺度参数;给出了太阳翼、抓手等应用的三维模型,并针对每个应用简要说明了合适的驱动方式。该机构具有广泛的应用前景,可为螺旋形机构的设计提供些许参考与借鉴。

由折纸启发的厚板夹爪设计及分析

将折纸艺术与现代机构学相结合所得到的折纸机构广泛应用于空间结构领域,其独特的可展性、便捷性、轻量型和小型化一直以来都是研究热点。提出一种由折纸启发的厚板夹爪,并对其进行了设计分析。首先,把折纸与机构相结合对外形进行设计,利用单自由度的特点,解决其运动协调性和稳定性的问题;其次,对薄板夹爪模型进行运动学分析,探究其运动过程中转角、扭角及二面角之间的关系;最后,考虑到工程实际应用,对夹爪进行厚板化,并分析了输入角度与输出位移、夹持角度的关系。与传统夹爪不同,该夹爪具有结构简单、一体化程度高等特点,在兼顾灵活操作的同时具有可靠的运动性能,并且拥有在较小的输入角范围内输出较大夹持角度的能力。这为可展结构和夹爪的研究提供了重要思路和参考。

可控连杆机构系统预定轨迹下的动态优化综合

以两自由度可控连杆机构系统为研究对象,在所建系统机电耦合动态模型的基础上,考虑了系统结构参数和控制电机的电磁参数对连杆中点的动态响应的影响。针对系统预定圆轨迹下的动态响应,建立了参数优化数学模型。采用基于混沌的粒子群优化算法,实现了系统动态性能优化。

一种新型平面-空间多面体可重构变胞机构的设计与分析

基于变胞机构的概念,结合多面体包装纸盒棱边成形原理,将多面体各棱边等效为杆件,各顶角等效为铰链,并以八面体为例,抽象出一种新型平面-空间多面体变胞机构,分析该机构可动条件,应用邻接矩阵及旋量理论分析该机构各构件间的连接与运动关系,并基于可重构理论,演化设计出具有可重构功能的平面-空间多面体变胞机构。所设计的新型机构既能够实现平面拓扑与空间多面体拓扑结构间变换,又可生成不同尺寸与不同形状的多面体构型,可作为机器的骨架或执行器应用于包装机器人、航空航天及其他工业应用领域。

甘蔗切割器工作参数优化综合

利用二次回归正交旋转设计的方法,建立了不同工况下甘蔗收割机切割器的工作参数:切割速度、前进速度、刀片数量、刀盘倾角、刀片刃角和切割角对工作性能指标破头率影响的二次回归方程,在此方程的基础上,考虑切割器工作参数对破头率的影响,建立了参数优化数学模型,采用约束变尺度法,实现了切割器工作参数的优化,降低了破头率,最后通过实验进行了验证.

一种新型六自由度可重构并联机构的奇异性分析

文中针对一种新型六自由度可重构并联机构进行了奇异性分析。首先利用旋转矩阵法与闭环矢量法建立机构的位置反解方程,然后对其求导并整理成关于机构的输入与输出的矩阵方程形式,依次对输入、输出雅可比矩阵的行列式进行分析,得到机构奇异的位姿关系与分支奇异时的位形,对输出雅可比矩阵不为方阵的构型采用机构的奇异运动学原理建立其奇异的判别方程,并仿真出机构在各个构型下的奇异轨迹。研究结果为该机构在今后的更深入的工作空间、动力学以及控制等方面的研究打下基础。

两自由度可控连杆机构系统机电耦联动态方程及其响应

针对控制电动机转子偏心时不均匀气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,建立以电机横振、扭振为节点位移的伺服电机单元,应用有限单元法建立含电机电磁参数和弹性连杆机构结构参数的系统非线性机电耦合动力学模型。通过对算例的数值计算,得出系统弹性振动固有频率和弹性位移响应随时间的变化曲线。结果表明,电机对机构弹性位移的影响不可忽视。文中的工作为此类系统进行动态优化设计提供一定理论依据,也为研究此系统动态特性打下一定的基础。

两自由度可控闭链机构系统运动实施

以两自由度可控闭链机构系统为研究对象,对此类机构的运动进行了分析,研究了机构在其运动空间内给定轨迹的实现方法,并以此类机构在工程机械中的应用为实例,给出了此类机构系统运动实施的协调运动控制硬件架构原理,为此类机构的运动控制软件架构提供基础。研究结果对此类机构的动力学分析、振动控制及其在工程中的推广应用具有实际意义。

甘蔗割铺机圆盘切割器工作参数优化及影响分析

以降低宿根破头率为目的,利用广西农机研究所研制生产的4GZ-9型甘蔗割铺机为实验样机,采用田间试验的方法,对其切割器的工作参数进行了实验研究;探讨了切割速度、刀盘倾角、刀片数量、切割角、刀片刃角及收割机前进速度对宿根破头率的影响,并建立了相应的数学模型。以计算机优化为手段,得到切割器较优工作参数组合,使宿根破头率降至2.11%。

一种空间非对称2自由度并联机构设计与应用研究

以一种空间非对称2自由度并联机构为研究对象,通过机构方位特征集理论进行了自由度计算,运用矢量代数法进行正向运动学分析,由雅克比矩阵得到了机构全部奇异位置。基于空间模型理论,综合考虑机构几何尺寸及不同类型输入量取值范围等参数,将上述参数无量纲化处理后作为坐标系,建立了此机构的空间模型。在模型中绘制了此机构奇异曲面,直观分析机构参数与机构奇异性之间的关系,并依据奇异曲面在空间模型中的分布状况,进行机构参数优化,实现减少机构奇异的目的,最后进行了机构工程应用举例。

两自由度可控平面连杆机构机电耦合系统的超谐波共振分析

以具有平行四边形铰链机构的操作机器手为研究对象,对其平面运动时的动力学问题进行研究.将可控电动机和机器手机构作为一个整体,应用有限单元法建立了系统机电耦合非线性动态方程;利用多尺度法对系统的超谐共振问题进行了分析,得到机器手机电耦合系统超谐共振的一次近似解,揭示了系统超谐共振机理.最后给出算例.

一种三构态变胞机构设计与分析

基于变胞机构概念,设计一种能够在两多自由度和一个单自由度间灵活变换,能灵活实现三种不同构态的新型变胞机构,运用闭环矢量法对该新型变胞机构进行了运动学分析,在此基础上分析了新型变胞机构在给定尺度参数条件下的有效工作空间。分析结果表明,相对于传统变胞机构,新型变胞机构能更有效地增大其工作空间,可广泛应用于林木机械、工业机器人等工程领域。

两自由度可控机构动态性能实验装置研制

为响应创新开放式实验教学模式改革,结合高校力学课程基础实验特点,研制一种具有功能转换的两自由度可控机构动态性能实验装置,该实验装置不仅可以完成运动学正运算与逆运算验证实验和材料力学基础实验,还可以进行机械系统动态性能实验研究,可广泛应用于本科和研究生力学课程创新开放实验活动中。最后给出实验实例。

混合输入五杆机构双电机轴扭振固有频率分析

以混合输入五杆机构为研究对象,基于功能原理将五杆机构和常速电机向伺服电机轴输出端作等效转换,研究了五杆机构及常速电机对伺服电机轴扭振固有频率的影响。同理,将五杆机构和伺服电机向常速电机轴输出端作等效转换,进而研究了五杆机构和伺服电机对常速电机轴扭振固有频率的影响。

两自由度可控连杆机构系统在电磁参数激励作用下的主共振分析

以两自由度可控连杆机构系统为研究对象,针对电机转子偏心时不均匀的气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,应用有限单元法建立系统的机电耦合非线性动态模型。并利用此模型,借助多尺度法,对系统由伺服电机电磁参数激励作用下的主共振进行分析,得到系统在此情况下的一阶近似定常解,揭示系统主共振机理。

可控变胞码垛机器人控制系统设计及实验

为了提高变胞式工业机器人在实际工业生产中的效率以及稳定性,基于可控变胞码垛机器人设计了一种新型的码垛路径运行方式,对其进行运动学仿真并设计了相应的控制系统。其中控制系统采用“运动控制卡+工控机”的上下位机控制模式,使用闭环步进电机及驱动器组成机器人的运动系统,使用光电开关、气动插销及电磁离合器等硬件组成变胞动作执行系统,引入电机脉冲补偿值以减少变胞前后的运动误差。提出新型码垛路径的实现方法,并搭建机器人控制系统,以6 kg负载进行实验,测试结果显示理论位移与实测位移之间的误差不超过0.6 mm。研究表明该控制系统运行安全可靠,能够满足可控变胞码垛机器人的控制要求,同时也为变胞式工业机器人的控制系统设计提供了参考。

一种变胞式码垛机器人机构设计分析

以码垛机器人机构为研究对象,将变胞机构的概念引入码垛机器人机构的设计,设计一种能够实现单自由度和两自由度间转变的码垛机器人机构,使其在两自由度时,具有可控机构的柔性控制特性,灵活实现码垛机器人抓取及装卸动作的精确定位,在单自由度工作式,具有较好的运动稳定性,实现码垛机器人稳定的搬运动作。应用邻接矩阵及旋量理论分析了该机构各构件间的连接与运动关系,为此类机构在工业机器人上的实际应用提供了一定参考。

甘蔗切割器工作参数对切割质量交互影响研究

采用二次回归正交旋转设计,对甘蔗收割机切割器切割性能影响因素(包括刀盘转速、机车前进速度、刀片数量、刀盘倾角、刀片切割角及刀片刃角)进行室内模拟试验,通过数理统计分析、数学建模,以工作性能标准为依据,对切割器切割工作性能影响因素进行研究,并利用所建立的各因素和指标(破头率)的回归方程,研究切割器工作参数对性能指标的交互影响。为进一步的工作参数的优化研究指明了方向。

以设计为导向的工程力学课程教学模式探索

分析工程力学课程教学存在的问题,探讨以设计为导向的工程力学课程教学模式。