基于变胞原理的舰炮装填机构刚-柔耦合动力学建模及误差分析

为满足大口径舰炮的发展需求,提出一种基于变胞原理的装填机构。利用变胞原理进行结构设计,并结合机构运动简图对其进行运动描述和原理分析。采用有限元离散方法,将柔性杆划分为若干梁单元,使用混合坐标系描述梁单元的变形,列出柔性杆的动力学方程。应用Hamilton变分原理建立整个装填机构的刚-柔耦合动力学方程,使用Adams和Ansys联合仿真,得到仿真结果:当系统高速大范围运动时,基于变胞原理的装填机构存在较大的供弹误差;在基于变胞原理的大口径装填机构的研究中,应考虑连杆的柔性变形对供弹精度的影响。

含非线性接触碰撞的大口径舰炮弹链柔性铰多体模型

针对某型大口径舰炮在供弹过程中因炮弹晃动过大引起的扬弹机卡弹问题,建立了含非线性接触碰撞、摩擦的弹链柔性铰多体动力学模型,采用递推的方法得到弹链的运动学和动力学方程,给出了柔性铰刚度系数、接触刚度系数分别按材料和接触表面特征计算的方法.在不同材料的弹筒以及不同片弹簧刚度系数下的计算结果表明,钢制弹筒比铝制弹筒能更好地限制炮弹晃动,增大片弹簧刚度系数可以减小炮弹晃动,但增加到某一数值后作用并不明显.研究为减小炮弹的晃动、提高某型大口径舰炮链式供弹平台供弹可靠性和安全性提供了理论依据.

中腹摆弹机构刚-柔耦合建模及摆弹误差分析

为改变传统大口径舰炮旁侧路的复杂供弹模式,提出了一种应用中心单线摆弹机理的中腹供弹方式。应用惯量等效法,对假设为刚体的中腹摆弹机构进行分析,获得了摆弹的初始动力学参量。基于一次近似理论,应用一致质量有限元离散化方法,将中腹摆弹臂划分为若干单元。采用弧坐标分量和笛卡尔坐标分量共同描述柔性摆弹臂的变形场及运动关系。应用Hamilton原理建立中腹摆弹机构的刚-柔耦合动力学方程。仿真结果显示:在高射速、大摆角的情况下,中腹摆弹机构存在较大的摆弹误差;在中腹供弹系统的研究中,应考虑摆弹臂的柔性变形对摆弹精度的影响。

基于速度方向可操作度的机器蛙机构参数优化

以速度方向可操作度作为跳跃性能的评价指标,从机构设计角度寻求改善仿蛙跳跃机器人跳跃性能的方法.在仿蛙跳跃机器人机构模型的基础上,建立了起跳阶段的运动学方程,得到机器人从关节空间到质心运动空间的速度映射关系,结合速度方向可操作度,利用优化算法对仿蛙跳跃机器人的机构参数进行优化,使机器人的跳跃性能达到最佳.优化结果表明,运用速度方向可操作度理论,对跳跃机器人机构参数进行优化研究是有效可行的.

基于柔性铰的弹链系统建模及仿真分析

通过分析弹链系统的拓扑结构,综合考虑相邻两链节铰接处的线位移和角位移,提出一种基于柔性铰的弹链多体模型.在ADAMS环境下,使用宏命令功能完成虚拟样机中链节、柔性铰和接触碰撞的自动化建模;合理设置弹链系统的仿真参数,完成弹链的动力学仿真.结合实际对得到的相关曲线做简要分析,得出相应的仿真结论,验证了基于柔性铰弹链模型的合理性与正确性,可以对弹链在运动过程中的振动和冲击问题进行很好的预测和分析.

考虑完整齿廓的滚子链系统SimMechanics建模与仿真

以柔性铰为连接副建立了滚子链系统的SimMechanics多体动力学模型。模型考虑了完整的链轮齿廓。基于该模型,使用虚功原理及拉格朗日方法,得到了柔性铰的广义力及系统动力学方程。建立了完整的链轮齿廓下滚子与链轮的离散单元接触模型,引入接触对指示矩阵和接触局部坐标系,提出了基于齐次坐标变换的滚子与链轮接触的快速搜索策略。仿真得到了滚子与链轮的啮合过程中滚子与各段齿廓的接触碰撞力。通过与ADAMS仿真结果比较验证了该方法的正确性。

基于支持向量机的舰炮自动弹库方案决策研究

针对某大口径舰炮自动弹库的多种方案决策问题,提出了基于样本特征加权支持向量回归机的自动弹库方案决策模型。分析了舰炮自动弹库系统方案选择的要求和原则,对系统决策因素集进行模糊量化,构造了舰炮自动弹库决策模型的输入样本。采用舰炮领域专家知识结构信息构造决策因素的权重向量。通过对系统决策因素集和决策方案非线性关系的辨识,建立了基于特征加权核函数的支持向量回归机的舰炮自动弹库方案决策模型。通过应用实例说明了利用支持向量回归机建立决策模型的决策方法有效性和实用性。

中腹摆弹臂的递归学习输入成形振动抑制方法

改变传统大口径舰炮旁侧路的复杂供弹模式,提出了一种应用中心单线摆弹机理的中腹供弹方式,针对中腹摆弹机构的动力特性分析,在摆弹臂变形场的描述中计及了纵向变形的二次耦合项,建立了中腹摆弹臂的一次近似刚-柔耦合动力学模型;并提出了基于一次近似理论的递归学习输入成形控制方法,联合PD反馈控制对中腹摆弹臂残余振动的抑制进行了研究,通过对不同射角下中腹摆弹臂残余振动控制的数值仿真,表明递归学习输入成形方法对大变形情况下中腹摆弹臂的振动具有显著的抑制效果.

新型智能计数器设计及其应用

记录不同货物进出库的数量进而实现物流的统一调度是自动化仓库管理中的重要环节.目前仓库中应用广泛的计数器主要存在着在同一出入口不能判断货物的进出、以及在实现识别货物种类功能上成本较高、实现复杂等问题,针对上述问题设计了一种基于红外通信的新型智能计数器.红外线的发射和接收原理实现系统判断货物进出的功能,红外线的吸收原理实现系统识别货物种类的功能,单片机完成逻辑判断并向上位机发送数据,上位机用VC++开发专用软件作为系统数据处理和界面显示平台,实时地给出直观的数据信息,利用数据库服务系统对系统数据进行信息化管理.系统工作稳定,响应速度快,抗干扰能力强,可以满足多出入口自动化仓库的货物智能计数需求.

复杂曲面切割机构运动及误差分析的旋量方法

针对传统串并联机构分析方法计算烦琐、直观性不强等问题,以复杂曲面切割机为研究对象,在使用旋量方法表示空间刚体运动的基础上,建立了串并联机构的运动学指数积公式的完整表示方法.将4个D-H参数误差等效为误差旋量,建立各关节轴线含有误差旋量的旋量坐标,推导出了含有误差旋量的串并联机构运动学指数积公式,并建立了末端工具坐标系的位姿误差模型.按照上述旋量分析方法,用MATLAB对复杂曲面切割机构进行运动及误差数值计算,并将计算结果与ADAMS仿真结果进行比较.对比结果表明:2组结果的相对误差仅在0.001内,表明了旋量方法在串并联机构分析中应用的正确性.

大口径舰炮供弹平台控制时序设计与试验研究

为了提高某大口径舰炮供弹平台的供弹率,减少更换弹种时间,采用并行时序设计方法和MATLAB/Stateflow建模软件对大口径舰炮供弹平台的控制时序进行理论分析与建模仿真,并进行了模型样机的试验研究。仿真和试验结果表明:利用该方法设计大口径舰炮供弹平台的控制系统软件是可行的,该软件能较大地提高系统的供弹率,实现快速更换弹种,满足系统要求的各项指标。同时该方法可广泛应用于复杂机械系统的控制时序软件设计。

火炮立楔式炮闩抽筒系统的动态特性

针对火炮立楔式炮闩抽筒系统中的卡壳和构件动态断裂等抽筒故障,以动力学理论为基础,将其转化为系统动态特性的定量研究。分析了抽筒系统的工作机理并建立了连续接触动力学模型,定量地推导出药筒及系统内接触构件的运动规律和碰撞载荷。建立了杠杆式抽筒子在抽筒过程中的弹性波动模型,采用该模型能够定量地得出抽筒子的动应力分布和力学参数的影响。进行了理想抽筒工况下理论模型的数值计算和实体模型的仿真模拟,同组比较结果验证了定量分析模型的合理性。所建模型可为解决抽筒故障提供理论依据,也可为抽筒系统的动力学和结构优化设计作铺垫。

仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制。结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性。

考虑脚掌转动的跳跃机器人动力学与轨迹规划

针对目前腿式跳跃机器人模型的局限性,考虑脚掌在跳跃过程中的作用,设计了一种由电机驱动的欠驱动双关节弹跳机器人.在起跳相和落地相,脚掌与地面的关系建模成弹簧-阻尼系统,由于脚掌的转动,在足尖处存在一个被动的自由度,系统产生了欠驱动.采用广义坐标,建立了机器人拉格朗日动力学模型,确定了跳跃运动的约束条件.基于跳跃机器人等价的二连杆模型进行了跳跃运动轨迹规划,并给出了一个期望轨迹与实际轨迹非线性误差最小化的曲线方程.仿真和样机实验验证了跳跃机器人模型和轨迹规划方法的正确性,为后续机器人运动控制和系统优化设计奠定了理论基础.

数控火焰切割机的加工误差实时补偿

为提高数控火焰切割机的加工精度,提出一种能够在线修正加工误差的实时补偿方法,以改善工件的加工质量。根据火焰切割工艺特性和变换矩阵方法,建立了数控火焰切割机的加工误差综合预测模型,以实时确定不同切割状态下工件的位置和姿态加工误差。构造了加工误差的动态补偿策略,给出了基于输入运动规划原理的误差补偿系统及偏最小二乘误差补偿算法,指出了实时补偿方法的具现化方式。在自主研发的数控火焰切割机中进行了数值仿真分析以及与示教加工方法的对比试验,结果表明,实时补偿方法对原有加工过程无较大干扰,能够将工件的加工质量提高40%左右,从而验证了该方法对提高数控火焰切割机加工精度的有效性和可实现性。

搜救机器人运动机理分析与仿真研究

为了开发一种能够在废墟狭窄空间中运动的搜救机器人,模仿尺蠖结构和运动特征,提出了具有多自由度易变形的仿生尺蠖移动机器人。搜救机器人在灾难现场运动时环境复杂、障碍物多,针对机器人在瓦砾狭小的空间移动运动策略较难确定的问题,提出了一种通过分析仿生生物肌肉组织的机械性能获得运动策略的方法。数值仿真结果表明尺蠖生物运动能够满足机器人多自由度的变形运动,解决了运动策略问题,为仿生尺蠖移动机器人实现移动搜救功能提供运动控制理论基础。

高精度空间曲线数控切割机的精度分析

根据用户提出的在圆柱曲面的厚壁上切割大孔 ,并切割上下坡口及留根的技术要求 ,设计了新型的数控火焰切割机 .该机具有水平转动 ,垂直升降 ,半径调整和割枪摆动四个自由度 .根据该机的结构形式和尺寸 ,多自由度联动工况 ,重点对水平运动机构 ,垂直运动机构和割枪摆动机构引起的误差进行了精度分析 .分析计算结果表明该机的精度符合设计要求 .

一种圆柱壳体圆孔切割机构变胞特性分析

提出了一种新型的变胞切割机构,应用于机械设备尤其是舰艇圆柱壳体表面的孔切割.通过变胞切割机构的拓扑结构的变化,使机构自由度发生改变,以适应在切割过程中切割圆孔直口、在所开孔上切割变角度坡口,以及在直口切割和坡口切割之间进行切割状态转化的要求.在对其进行机构原理和2个构态下的自由度分析的基础上,应用拓扑结构图论和邻接矩阵分析了变胞切割机构在2个构态下的各个构件间的连接状态.建立了变胞方程和变胞矩阵,用以分析和描述整个变胞过程.理论分析结果说明了该机构的有效性和实用性。

一种仿蛙跳跃机器人起跳加速性能的度量方法

针对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段脚掌与地面之间的被动约束,提出了一种考虑脚掌欠驱动的起跳加速性能度量方法。建立了机器人的起跳分析模型,提出了用虚拟加速度和虚拟力矩来表达质心加速度与主动关节驱动力矩的关系,确定了适于冗余欠驱动机器人的动态可操作矩阵,给出了仿蛙跳跃机器人在给定方向质心加速性能的动态方向可操作度量指标。算例表明,当在不同位形输入恒定力矩时,质心在给定方向的瞬时加速度与动态方向可操作度的变化趋势一致,表明了提出的度量方法对质心加速性能指标的评价是可行的。

舰炮弹库出弹平台进给系统动态特性分析

利用弹簧-阻尼模型建立了大口径舰炮弹库出弹平台进给系统中滚动轴承、丝杠螺母副及滚动导轨副结合面的等效动力学模型,综合考虑了滚珠丝杠纵向、扭转和横向振动,以及弹箱所在工作台的6个自由度的振动,借助Hertz接触理论,分析计算了滚动轴承、丝杠螺母副及滚动导轨副结合面的刚度特性。基于模态分析法对比分析了考虑结合面接触刚度和不考虑结合面接触刚度情况下整机的动态特性,得出结合面特性对整机动态特性分析的重要性,为提高系统的抗振能力提供了依据。