3RSR型并联式天线样机研制与控制实验

针对传统方位-俯仰型天线存在“盲锥区”的问题,基于3-RSR并联机构开展并联式天线的结构设计,进行动力学仿真分析以确定电机所需驱动力矩,并研制出天线样机。以PC为上位机、STM32控制器为下位机搭建天线样机的运动控制硬件系统,并为其开发相应控制软件。最后,针对所研制的天线样机开展运动性能与指向测试,以验证结构设计与分析的正确性以及控制系统的有效性。该研究工作有益于少自由度并联机构在天线领域的应用以及并联式天线的产品化。

Stewart并联机构型天线座架故障监测策略与实验研究

Stewart并联机构型天线座架以其重量轻、无盲区的特点,应用日益广泛,为建立针对该机构的故障监测策略,提高天线的安全性。首先对Stewart并联机构关节空间故障类型进行分类,并分析了关节空间故障对操作空间的影响。其次依据多数故障所产生影响的共同性,提出将分支实际方向向量与理论方向向量进行比对,通过二者差异的变化对机构故障进行监测的安全策略。最后建立安全监测策略数学模型,进行数值计算分析和实验验证。实验结果表明采用分支实际方向向量与理论方向向量夹角变化作为判断依据,可即时发现Stewart并联机构故障的发生。故基于分支方向向量的故障监测策略,可作为保障Stewart并联机构安全运行的有效手段,同时鉴于并联机构分支间强耦合的共性,该方法也可作为制定其它构型并联机构安全监测策略的参考。

望远镜面型误差实时测量与补偿研究

为实现大型射电望远镜反射面面型误差实时测量与解耦补偿,满足大口径、高频率射电望远镜对高精度反射面的需求,对望远镜面型误差实时测量与补偿进行了研究。设计了一种基于6SPS型并联机构的面板相对位姿传感器,通过建立数学模型对测量原理进行分析。针对现有主动面调整装置引起的面板误差耦合问题,提出一种6PSS构型调整装置,对安装方式、调整原理进行分析,并建立运动学模型。将面板相对位姿传感器与主动面调整装置相结合,组成反射面精度实时测量与误差解耦补偿系统,建立系统数学模型,通过数值算例验证可行性。

一种两转一移完全解耦并联机器人机构及其特性分析

提出一种具有两转动和一移动自由度的完全解耦并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,推导出了该机构位置正反解的解析表达式,进而求得机构的雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,并对机构的奇异性进行了研究。所提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对其进行的性能分析证实了机构解耦特性,从而为其进一步的应用奠定了理论基础。

冗余驱动并联机器人动力学建模与驱动力协调分配

冗余驱动可有效降低并联机构的最大瞬时驱动力,提高其承载能力,然而驱动力协调分配不当或冗余驱动力控制误差过大不仅使上述功能无法实现,甚至产生过大内力而对机构造成破坏。为此,以冗余驱动6PUS-UPU并联机器人为例,对驱动分支、约束分支和动平台的速度、加速度进行分析,引入偏速度和偏角速度,使用Kane方法建立系统的动力学方程。提出以最小化最大瞬时驱动力为目标,使用加权最小二乘法对驱动力进行协调分配,通过数值算例获得给定运动轨迹情况下各分支驱动力。采用DSP控制器和运动控制器相结合的方式提高驱动力协调分配的实时性,实现对冗余驱动力的控制。实验结果表明:在冗余驱动力作用下,瞬时最大驱动力明显降低,且驱动力分配更加均衡,证明了所提出的驱动力协调分配方法和冗余驱动力控制策略的有效性。

65m射电望远镜副面调整机构容错策略与工作空间边界识别

为使65m射电望远镜的Stewart型调整机构在发生单分支驱动故障时仍能正常工作,利用螺旋理论分析了故障时的机构自由度。根据机构自由度数大于任务自由度数的特点,提出了基于冗余自由度来实现机构容错运动的原理,计算并分析了L波段或S波段指向发生故障后机构的工作空间。提出了不规则工作空间边界的数字识别方法,实现了不规则工作空间边界对机构运动范围的约束。实验结果表明,利用该容错原理可实现单分支驱动故障时副面指向的调整。

某Stewart并联机构船载稳定平台控制系统设计

对于船舶或海上结构,由于海浪作用会产生横摇、纵摇和艏摇,对船上的仪器、设备和船员有很大的影响。Stewart并联机构因其精度高、重量轻和承载大等优点,被应用于船载稳定平台,用于隔离船体摇摆的扰动。文章针对某基于Stewart并联机构的船载稳定平台设计了控制系统,首先对机构进行运动学分析,分析其在补偿船摇控制时的运动形式;然后设计了伺服控制系统硬件,并设计工作空间闭环控制策略;最后通过实际实验测试,证明该系统能够实时调整姿态保证负载设备安装面水平,设计合理,稳定精度高。

3-RSR构型天线并联机构的结构设计与仿真分析

将3-RSR构型并联机构应用于天线领域,结合天线俯仰、方位运动的需求,以及3-RSR构型并联机构的特性进行结构设计。考虑天线受力工况,计算极限风力下天线的风载荷,并对所设计的3-RSR构型天线并联机构进行有限元仿真,绘制变形与应力云图。拟合受载变形前后的过渡件平面,计算天线的指向精度,进而对天线模态进行分析,得到前十二阶固有频率与振型。所做研究对少自由度天线并联机构的研制具有参考价值。

并联嵌入式六自由度位姿传感器的设计与精度分析

以6SPS并联机构为原型,分析其运动学正反解。利用欧拉法预估并校正位姿,提出一种并联式六自由度位姿传感器,阐明其测量原理。借助雅可比矩阵建立误差模型,分析测量误差对位姿精度的影响,并采用拉线式编码器设计嵌入式六自由度位姿传感器。而后通过实验对该位姿传感器的精度进行检验,并成功应用于500 m口径球面射电望远镜馈源舱动态补偿模拟装置中。

65m射电望远镜天线副面调整机构标定研究

结合65m天线副反射面位姿调整任务要求,研究天线副反射面调整机构的标定问题。制定出副面调整机构标定流程与方案,利用激光跟踪仪测量机构动平台位姿,根据运动参数的实测信息,由并联机构学理论构造误差函数,并以误差函数最小化为目标进行机构运动学参数辨识;开发完成标定算法,对副面调整机构进行运动学标定,求解获得满足预期精度要求的结构参数,并对机构参数进行补偿。面向工程实际任务开展标定研究,研究结果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。

基座运动对并联调整机构动力学性能的影响

以上海65 m射电望远镜六自由度并联调整机构为研究对象,研究基座运动对并联调整机构动力学性能的影响。首先阐述了并联调整机构的构型与位姿状态;然后分析了基座运动对动平台和驱动分支受力的影响,计算了基座运动引起的动平台和驱动分支惯性力和惯性力矩的变化,并分析计算了基座运动过程中引起的重力矢量方向的变化;进而采用具有高实时性特点的Kane方法分别建立了基座固定和基座运动两种情况下并联调整机构的动力学方程,最后分别采用Matlab和ADAMS软件仿真分析了基座运动对机构动力学性能的影响。仿真结果验证了所建动力学模型的正确性,同时也发现基座运动对此类机械系统动力学性能影响较为明显,在结构强度校核和控制系统参数设定时应加以考虑,以提高控制系统的准确性和结构强度的可靠性。

大型射电望远镜天线副面调整机构完整刚度模型及微位移分析

基于并联机构的影响系数法和虚功原理构建天线副面调整机构的完整刚度模型。该模型综合考虑主被动关节弹性变形和外力/力矩的影响,且给出二阶影响系数矩阵具体的转置形式。构造单分支支链的轴向线刚度模型,考虑虎克铰和球铰对分支杆轴向刚度的影响。通过引入变动参数求解得到副面调整机构在定平台可动时的完整刚度矩阵,充分解决副面调整机构在空间任意位姿下刚度矩阵的计算问题。通过最简刚度模型、本体刚度模型和整体刚度模型三者对比,绘制副面调整机构在初始位姿下副面调整机构动平台中心随变动参数变化时的微位移曲线,并通过有限元软件验证了结果的正确性。研究内容为大型射电望远镜天线副面调整机构的结构设计与精度补偿奠定重要的理论基础。

3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR(R为转动副,S为球面副)型并联机构作为车载天线构型,基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标,利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化,性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况,建立车载天线机构仿真模型,分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。

大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究

为满足大型射电望远镜天线运动过程中由于重力变形而引起的天线性能和指向的变化以及L频段馈源工作任务,根据多自由度调整以及工作空间范围等设计要求确定了"上海65米射电望远镜系统"天线副反射面调整机构的构型;在满足天线工作任务要求的基础上,对机构进行了构型尺寸参数优化,并在各个尺寸参数优化确定后对天线副面调整机构进行了结构设计;对天线副面调整机构进行了标定实验,并开展了副面调整机构动态跟踪精度测量实验研究,实验结果均达到了设计要求。面向工程实际任务进行设计与实验研究,研究成果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。

6-PUS/UPU并联机构开放式控制系统的研究

为了提高控制系统的可重构性、可维护性,在对6-PUS/UPU并联机构需求进行分析的基础上,提出了一种基于SOA/MVC的开放式控制系统架构。该架构融合了组件技术的独立性和灵活性、SOA的可重构性、MVC的逻辑与显示的隔离性。基于该框架的控制系统可划分为:应用子层、服务总线子层、服务模块子层、驱动子层、设备子层。该架构大大增强了控制系统的柔性和开放性。为了满足本地控制、网络控制、柔顺装配实验控制等多任务的需求,对6-PUS/UPU控制系统各层进行设计与开发,验证了该架构的可行性和有效性。

Stewart式并联天线副面位姿调整机构设计与分析

为了克服副反射面由于制造装配误差以及副面撑腿的变形所引起的副面位姿的偏差,提出一种基于Stewart式六自由度并联机构的副面位姿调整机构,通过差动螺纹,即可实现粗调、中调、精调三种精度调节,提高天线设备的信号接收性能。并通过对副面调整机构的有限元仿真分析,确定工作中驱动分支所受的最大轴向压缩力,为工程设计提供理论依据。

三自由度天线并联机构运动与力学性能分析

对三自由度天线并联机构的运动与力学性能进行了分析。基于天线工作要求,选择3-RSR、PU-2UPS和3-RPS并联机构作为天线座架构型,确定并联机构的基本参数,分析工作空间、驱动力、驱动力矩和功率,绘制工作空间图形,求解驱动力与驱动力矩变化曲线,计算电机功率。综合分析后,确认选择3-RSR并联机构作为天线座架构型最为适宜。

FAST馈源舱动力学设计及扰动抑制技术

为了实现500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)的高精度指向观测,对柔性基础上的馈源舱控制精度进行了系统研究。通过轻量化高刚度的结构设计、运动与控制联合仿真、半实物仿真试验以及现场调试等措施,保证了馈源舱的动力学性能。通过AB轴和Stewart组成的二次调整装置,采用大范围、高精度和高采样率的测量控制技术实现了馈源舱在百米大尺度空间内,克服高空风扰、钢索振动及自身的运动耦合等影响,将馈源定位于瞬时焦点。

四自由度混联天线机构运动特性分析

天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构,并对混联天线机构结构进行描述,利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质;用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿,建立混联天线机构运动学模型,得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵;通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹,通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。

依达拉奉联合丙戊酸钠治疗脑卒中后癫痫的效果

目的探讨依达拉奉联合丙戊酸钠治疗脑卒中后癫痫(PSE)的效果。方法回顾性分析2016年1月~2018年3月天津市环湖医院收治的102例PSE患者的临床资料,根据治疗方法的不同将患者分为对照组(55例)和研究组(47例)。对照组给予丙戊酸钠治疗,研究组在对照组的基础上联合依达拉奉治疗。比较两组患者临床疗效、癫痫发作次数、发作持续时间、神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平、炎性因子及不良反应。结果研究组治疗后的临床总有效率高于对照组(P<0.05)。与治疗前比较,两组治疗后癫痫发作次数减少,发作持续时间缩短,且研究组治疗后癫痫发作次数少于对照组,发作持续时间短于对照组(P<0.05)。与治疗前比较,两组治疗后血清白介素-1β(IL-1β)、白介素-2(IL-2)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平均降低,且研究组治疗后低于对照组(P<0.05)。两组治疗3、6、12个月后血清NSE水平组间及组内比较差异无统计学意义(P>0.05);研究组治疗1个月后血清NSE水平低于对照组(P<0.05)。两组不良反应发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论依达拉奉联合丙戊酸钠治疗PSE可迅速改善临床症状,降低NSE水平,疗效确切,同时还可降低炎性因子水平,不增加不良反应发生率。