3PRS/UPS冗余驱动并联机器人刚度特性分布

设计提出了一种采用冗余驱动的3PRS/UPS三自由度并联机器人,并建立分析其机构模型.基于螺旋理论,对并联机器人进行运动学分析,通过分别针对机构的驱动和约束建立了雅可比矩阵,最后整合建立了包含冗余驱动在内的全雅可比矩阵.利用虚功原理,结合并联机器人驱动副和约束副的柔度影响,推导得出了机构全刚度矩阵.同时,分析了机构在给定静载荷条件下的变形情况,总结出机构的空间变形分布规律.使用刚度矩阵的最小、最大特征值和运动刚度指标(KSI,Kinematic Stiffness Index)为机构刚度评价指标,对比和分析了引入冗余驱动前后对并联机器人刚度特性分布的影响,得出冗余驱动支链的引入可提高并联机器人特定方向的刚度和改善刚度分布的结论,为冗余驱动并联机器人优化设计和开发应用奠定基础.

基于混联机构的多维力加载生物材料试验机

目的多数骨科植入物在人体内需要承受压力、扭矩、弯矩、剪切力构成的复杂载荷,在此多维力载荷下植入物所用生物材料的力学性能直接影响其服役功能和安全,而力学性能也是植入物结构优化和失效分析的重要依据。因此,在接近植入物复杂服役载荷下开展生物材料力学试验十分必要。目前,生物材料力学试验多采用单轴拉伸、剪切或扭转。

关键部件多维复合加载装置的设计与优化

航空关键部件在真实工况中的受力环境复杂,需同时承受多维载荷。测试关键部件的性能需准确模拟其受力环境。基于并联机构,提出一种多维复合加载装置,可同时对关键部件施加压力、弯矩和扭矩载荷。进行静力学分析,建立末端输出载荷和各支链驱动力的映射关系。以各驱动最大最小和行程为目标,对装置的结构参数进行优化设计,实现驱动峰值力最小和行程最优。建立装置虚拟样机进行仿真,仿真结果和计算结果的最大偏差小于0.01%,验证理论模型和优化方法的正确有效性。

并联机构动平台的六自由度位姿检测机构

介绍了并联机构动平台的六自由度位姿检测机构的组成结构和工作原理;介绍了光栅尺测量系统,对其误差来源进行了分析,对主要零部件的设计进行了优化以保证其测量精度;采用牛顿迭代法解算并联机构的运动学正解,通过实验验证了其测量精度的可靠性和实时性。

基于直线电机的一维随动加载机构研究

提出一种基于直线电机的一维随动加载机构,用于机床加载试验。确定加载机构方案并进行系统建模,进行平台搭建和原理试验。加载机构采用力、速度双环控制方案,通过消除力和速度的跟随误差,达到位置跟随和力随动加载的目的。使用原理试验平台进行加载试验,试验结果表明:该控制方法及机构方案可行。

6-PUS并联加载机构模糊PID力控制系统设计

为对数控机床主轴进行多维力加载试验,首先建立了6-PUS并联加载机构的静力学模型,得到机构力雅克比矩阵,通过力雅克比矩阵将对机构末端多维力的控制转化为对单支链力的控制;其次,设计了单支链力模糊PID控制器;最后,在机构静态下,分别以传统PID和模糊PID控制器对6-PUS并联加载机构进行了多维力加载试验,加载力为F=（200,200,200,10,10,10）~T的阶跃信号,对比发现模糊PID响应的力超调量在X、Y、Z各向均明显小于传统PID引起的超调量。

数控机床切削力负载模拟器的显式力控制算法设计

为了对数控机床进行可靠性试验,设计了一种基于3P-(4S)并联机构的负载模拟器。基于PI反馈控制的显式力控制算法,并引入了模糊控制器,提高系统对不同加载误差的适应性。在控制系统中引入了力前馈控制器,提高控制系统的动态性能,减少实际加载力的滞后。同时,由于加载目标即机床主轴的进给运动轨迹未知,因此引入了主轴位置预测前馈以进行运动补偿,减少主轴运动所带来的干扰。最后设计并实施了静态与动态负载模拟试验,验证了所提控制算法的有效性。

多维力加载装置动力学建模及加载试验

设计了一种基于6-PUS并联机构的多维力加载装置,可对目标施加多维时变载荷。首先,根据向量叠加原理和牛顿迭代法,分别推导了加载装置的运动学逆解与正解。其次,基于旋量理论,推导加载装置的速度和静力雅可比矩阵,建立动平台与各支链的运动学和静力学映射。再次,根据虚功原理,建立加载装置的动力学模型,并且通过对比Adams和MATLAB模型的仿真结果,验证动力学模型的正确性。最后,设计并完成多维力加载试验,验证加载装置的多维力加载能力,为后续的数控机床加载试验提供新的加载手段和理论基础。

面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置

面向五轴联动数控机床的可靠性试验提出多维力随动加载方法,对五轴联动进给主轴施加多维力载荷,形成复杂进给抗力,部分模拟主轴复杂切削力环境。基于6-PUS并联机构研制多维力随动加载装置,采用模糊PID控制器建立显式力控制系统,比例和积分增益可随加载误差自适应调节。在五轴联动数控机床上开展多维力随动加载实验,结果表明,加载装置能够跟随机床主轴的单轴、三轴联动和五轴联动进给运动,根据期望值对主轴施加三维力,加载误差小于3.2%,在机床执行多种加工轨迹时形成有效进给抗力,为后续引入动态加载模拟复杂切削力提供理论和装备支撑。研究成果可为数控机床可靠性试验提供低成本、可循环的加载方式,有利于测试的规模化和标准化发展,也可为精度保持性、超载试验、跑合试验等机床性能测试提供新的负载模拟思路。

面向航空关键部件性能测试的多维力加载装置

航空关键部件多数工作在受力复杂的环境中,承受由拉(压)力、弯矩和扭矩组成的多维力载荷,其性能直接影响系统整体的表现,所以需在接近实际工况载荷下测试关键部件的力学性能和疲劳寿命,保障其安全高效的服役。以直升机弹性轴承为应用对象,基于6–SPS并联机构研制多维力加载装置,可模拟其真实受力工况,对弹性轴承进行压力、弯矩和扭矩的组合加载并测试其刚度特性。设计了加载装置的几何参数和构件结构,开展弹性轴承压缩、弯曲和扭转刚度测试,相较于传统测试方法所得结果,压缩刚度和扭转刚度的吻合度较好,弯曲刚度存在偏差,因为传统方法在施加弯矩时不能排除轴向力的影响。试验验证了并联机构的多维力加载能力,并初步探索了弹性轴承在压力–扭矩组合加载下的刚度特性变化规律。最后讨论了并联机构在多维力加载材料试验机和多维力随动加载装置中的应用,形成面向工程材料、关键部件和运动系统的多维力加载理论体系。

高线性力输出的多维复合加载装置设计

针对航空关键部件多维复合加载中高线性力加载的工况,提出6-SPS+P并联机构构型,实现对线性力、扭矩和弯矩的独立测量,可以满足线性力大量程和总体测量精度要求。分析机构工作空间,得出球铰链最大转角和支链长度的变化规律,确定机构几何参数。分析机构受力,确定各支链所受最大推力和拉力。