考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执行器的动力学响应误差和优化间隙关节处的约束反力为目的设置目标函数,通过优化末端执行器质量以及转动惯量的方式来缓解运动副间隙导致的劣化效应,建立了考虑润滑间隙效应3-RRPaR冗余并联机构动力学优化模型;试验验证了所建动力学模型的有效性,对比分析两种目标函数对优化效果的影响以选择最佳优化方式,并分析优化前后考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学特性,结果表明动力学优化使润滑间隙转动副处约束反力峰值降低16.16%,为改善间隙效应提高空间并联机构动态性能提供了理论支撑。

六自由度搬运机械手实验平台设计与仿真分析

为了培养学生应用工程软件进行机械装置设计分析的能力,在“机械设计基础”课程设计中对一款冲压上下料六自由度机械手实验平台进行了结构设计与仿真分析。对机械手平台进行整体结构设计,初步规划机械手的尺寸和各个关节的运行范围,利用SolidWorks软件对机械手的各个零部件进行三维建模并装配成机械手整机,利用ADAMS软件对机械手的虚拟样机进行运动学和动力学仿真,验证其运动平稳性,以仿真结果为依据完成电机和减速器的选型,利用ANSYS软件完成机械手的有限元分析,验证其强度和刚度,并分析其固有频率。为冲压上下料六自由度搬运机械手平台的搭建提供了理论基础。

考虑混合间隙的空间并联机构非线性动力学特性分析

为了掌握同时考虑球面副间隙和三维转动副间隙的空间并联机构的非线性动力学特性,研究考虑混合间隙的空间并联机构多体系统动力学特性分析方法。首先以4-UPS/RPU空间并联机构为研究对象,建立三维转动副间隙和球面副间隙的模型,推导同时考虑球面副间隙和三维转动副间隙的4-UPS/RPU空间并联机构动力学方程;然后利用龙格库塔法对动力学方程进行数值求解,分析不同间隙类型、间隙、驱动速度和摩擦因数对并联机构动力学响应的影响,通过ADAMS虚拟样机仿真验证动力学模型和数值计算的正确性;最后利用相轨迹图、庞加莱映射图和分岔图等分析考虑混合间隙的4-UPS/RPU并联机构的非线性特性。该研究为考虑混合运动副间隙的空间并联机构动力学建模和非线性动力学特性分析提供了依据。

含多球铰间隙并联机构动力学建模与响应分析

为了分析多个球铰间隙对并联机构动力学响应的影响,本文以3-SPS-S空间并联机构为研究对象,在Flores法向接触力模型和改进的Coulomb摩擦力模型的基础上,推导出球铰间隙处的碰撞力模型。采用Lagrange乘子法建立了含多个球铰间隙的并联机构动力学模型。利用Matlab软件,通过四阶Runge-Kutta解法求解此模型,分析球铰间隙如何影响机构的动力学响应,并应用ADAMS软件虚拟样机仿真。研究表明:球面副间隙对动平台角加速度和间隙处的碰撞力影响较大,且间隙数量越多,机构稳定性越差。本文为考虑多个球铰间隙并联机构刚体动力学模型的建立和响应分析提供理论依据,对准确的预测和控制含球铰间隙机构的动力学特性具有重要意义。

考虑球面副润滑间隙的空间并联机构动力学建模与响应分析

为了分析含球面副润滑间隙的空间并联机构动力学响应特性,以2RPS-SPR(R转动副,P移动副,S球面副)空间并联机构为研究对象,结合Reynolds方程和Gümbel边界条件,建立了含多个球面副润滑间隙的空间并联机构动力学模型,对比分析了含润滑间隙、不考虑间隙的理想情况和含干摩擦间隙的机构动力响应特性,以及分析了不同动力粘度、不同间隙值对润滑状况下的机构动力学响应的影响。结果表明,润滑间隙相比于干摩擦间隙能有效改善并联机构的动力特性,且随着润滑油动力粘度的增大以及间隙值的减小,机构运行状况越好。该研究为含球面副润滑间隙并联机构动力学响应特性分析提供了理论方法,为指导实际生产提供了理论依据。

空间并联指向机构实验平台动力学建模与仿真分析

为了提高学生的动力学建模和分析能力,基于3自由度3-转动副-转动副-转动副-转动副-转动副(3-RRRRR)空间并联指向机构实验平台,开展动力学建模与仿真分析研究。首先,分析3-RRRRR空间并联指向机构实验平台的结构特征,建立并联指向机构平台的运动学模型;然后,利用拉格朗日乘子法推导并联指向机构平台的刚体动力学模型,基于四阶龙格库塔(Runge-Kutta)算法求解机构平台动力学模型,通过数值仿真分析不同驱动速度对并联指向机构平台动力学响应的影响;最后,采用ADAMS虚拟样机仿真验证动力学模型及模型求解的正确性。该研究为空间并联机构实验平台刚体动力学建模和仿真分析提供了有效方法,为机构动力学分析与控制奠定了理论基础。

含间隙多连杆机构刚柔耦合动力学建模与分析

针对间隙和柔性构件对多连杆机构动力学响应的影响,研究了一种适用于多连杆机械式压力机的平面六杆机构。建立了转动副间隙矢量模型,通过Lankarani-Nikravesh法向接触力模型和改进的库伦摩擦力模型建立了转动副间隙处的碰撞力模型。基于绝对节点坐标法建立了柔性梁单元模型,通过拉格朗日乘子法建立了含间隙机构的刚柔耦合动力学方程,并通过Adams虚拟仿真软件验证了动力学模型和理论分析的正确性。研究间隙值和摩擦系数对机构动力学响应的影响,利用相图、Poincare映射图和分岔图对机构的非线性特性进行分析,结果表明,随着间隙值的增大和摩擦系数的减小,机构受到的影响越大,产生的响应峰值越高,同时转动副间隙处的混沌现象有所增强。

基于Android的曲轴凸轮轴信号发生器上位机软件研发

工程车曲轴、凸轮轴信号发生器需要上位机存储和管理波形配置参数,传统信号发生器的上位机一般为PC机,存在体积庞大不便于携带的缺点。针对该问题,采用Android智能手机作为上位机,设计基于蓝牙通信的曲轴、凸轮轴信号发生器上位机软件。波形配置参数采用云数据库存储,通过后台管理系统进行有效管理。用户只需在客户端中根据波形类型请求相应参数并通过蓝牙发送给信号发生器,大大提高设备的便携性,降低操作难度,节约信号发生器的片上资源。

冗余并联机构运动学性能分析与优化

研究了一种4自由度—虎克铰—移动副—球铰/转动副—移动副—虎克铰冗余并联机构的运动学性能评价指标和优化设计,建立了该并联机构的雅可比矩阵,得到了该机构的3个不同的运动学性能评价指标,即条件数、最小奇异值和可操作性,在此基础上,定义了评价不同位形下运动学综合性能的全局灵巧度系数指标,并分别研究了不同性能评价指标在并联机构工作空间内的分布规律。最后,基于全局灵巧度指标,利用遗传算法对冗余驱动并联机构的结构参数进行了优化设计。为该冗余并联机构的结构设计奠定了理论基础。

五自由度并联机器人机构动力学模型

提出了4-UPS-UPU 5自由度并联机器人机构,建立了机构的动力学模型。推导了UPS和UPU支链的运动学反解的解析方程,并建立了各个构件速度与动平台速度的映射关系;推导了各个运动构件的外力对应于5个驱动杆的等效驱动力,然后用虚功原理推导了4-UPS-UPU并联机器人机构的动力学模型,为支链中驱动力和约束力矩的求解以及整个机构的动力学分析奠定了基础。最后结合机构的工程应用实例,采用Matlab编程对动力学模型进行了实际计算,并绘制了机构驱动杆驱动力和约束力矩的变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性。

基于拉格朗日的冗余驱动并联机构刚体动力学建模

针对4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构的刚体动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立冗余驱动并联机构动力学模型。首先,推导出4-UPS-RPU冗余驱动并联机构系统的动能表达式、势能表达式和作用于并联机构非保守力的等效广义力;然后,应用拉格朗日法建立4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的动力学模型,为并联机构驱动力的求解以及整个机构的动力学分析奠定基础;最后结合算例,采用Matlab编程对动力学模型进行数值计算并绘制了机构驱动杆驱动力变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性。研究不仅为4-UPS-RPU 4自由度冗余驱动并联机构动力学优化设计和控制等后续研究提供了理论依据,也为其他冗余驱动并联机构的动力学建模提供了可行的方法。

4自由度冗余驱动并联机构运动学和工作空间分析

提出了能实现二维转动和二维移动的空间4-UPS-RPU4自由度冗余驱动并联机构,并对该机构进行了运动学和工作空间分析。4-UPS-RPU并联机构包含5条驱动分支,其中4条分支为UPS(虎克铰-移动副-球副)结构,1条分支为RPU(转动副-移动副-虎克铰)结构。建立了该机构的位置反解数学模型,推导出了该机构的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了机构的位置反解、速度和加速度,并在此基础上分析该机构的工作空间。研究结果为4-UPS-RPU冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。

圆锥齿轮实体参数化造型系统的开发

介绍了应用VisualBasic(VB)程序语言 ,基于三维机械CAD软件SolidWorks97平台 ,开发直齿圆锥齿轮三维实体参数化造型设计系统的方法。解决了工业生产中圆锥齿轮三维实体造型设计的难题 ,并且提供了一种对三维CAD软件开发的方法 ,使设计者掌握运用该方法进行实际开发 ,提高开发CAD软件的能力。

4-UPS-UPU并联坐标测量机的灵巧度研究

为了完成新型五自由度4-虎克铰-移动副-球铰/虎克铰-移动副-虎克铰并联式坐标测量机机构的灵敏度分析,建立了该测量机机构的雅克比矩阵,并推导出了其无量纲雅克比矩阵,得到了该机构7个不同的灵巧度指标。在此基础上,定义了评价不同位形下灵巧度的综合灵巧度系数指标,并分别研究了不同灵巧度评价指标在工作空间内的分布规律。以上研究为该测量机机构的优化尺度综合和轨迹规划奠定了理论基础。

4-UPS-RPS空间5自由度并联机构运动学分析

提出了能实现三维转动和二维移动的4-UPS-RPS空间5自由度并联机构,并对该机构进行了运动学分析。4-UPS-RPS并联机构包含5条分支,其中4条分支为U-P-S(虎克铰-移动副-球副)型结构,1条分支为R-P-S(转动副-移动副-球铰)型结构。建立了该机构的位置反解数学模型,推导出了该机构的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机构的位置反解、速度和加速度,并采用ADAMS软件对机构的运动学进行模拟仿真,仿真结果表明理论分析结果完全正确,为该并联机构的实际应用奠定了理论依据。

5自由度空间并联机构运动学优化设计

定义了一种能综合评价不同位形下并联机构灵巧度的指标——平方平均灵巧度系数,分别考察了4-UPSRPS空间并联机构的定平台和动平台上铰链点的分布角、定平台铰链点分布圆的半径以及动平台铰链点分布圆的半径对平方平均灵巧度系数的影响规律,并据此对这些参数进行优化设计,得到该并联机构定平台铰链点的均布角为π/2,动平台铰链点的均布角为2π/5,定平台上第1个铰链点到定坐标系原点的距离为650 mm,定平台上其余4个铰链点分布圆的半径为800 mm,动平台上铰链点分布圆的半径为160 mm。仿真结果表明,经过优化设计,4-UPS-RPS空间并联机构的平方平均灵巧度系数指标比优化前明显增大,运动学性能得到了较大改善。

新型4-UPS-UPU并联坐标测量机刚柔耦合动力学性态

介绍了一种新型4-UPS-UPU五自由度并联坐标测量机机构,该测量机机构定平台通过4个结构完全相同的驱动分支UPS(虎克铰-移动副-球副)以及另一个驱动分支UPU(虎克铰-移动副-虎克铰)与动平台相连接。协同利用CAD、CAE和可视化虚拟样机技术,完成对4-UPS-UPU并联坐标测量机的刚柔耦合动力学性态研究。在SolidWorks中建立该测量机三维实体模型,在ANSYS中对测量机实体模型中的驱动杆件进行柔性化处理,最终在ADAMS中建立了测量机刚柔耦合虚拟样机。对该测量机运动输出响应、驱动杆动应力和固有频率等动力学性态进行了仿真分析。仿真结果表明:驱动杆件的弹性变形对测量机的动力学性能具有重要影响,该刚柔耦合虚拟样机能正确地反映测量机的动力学性态。

并联机床的灵巧度评价指标及其应用

研究了并联机床的灵巧度评价指标及其在实际加工中的应用。介绍了一种新型的五自由度并联机床,该机床机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。建立了该机床机构的雅可比矩阵,得到了三个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性;并通过对这三个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标-综合灵巧度系数和综合灵巧度,分别作为评价不同位形下灵巧度和整个刀位文件灵巧度的指标。最后,介绍了在实际加工中对不同加工轨迹的灵巧度进行综合评价的方法。实验结果表明:机床实际加工100平面圆,对各向同性有较高要求时的最优加工轨迹为z=650 mm,保证了机床加工过程中应具有良好运动和动力学性能的要求。

新型并联机器人坐标测量机仿真建模的实现

为了验证新型5自由度并联机器人坐标测量机的设计方案和理论模型,缩短开发周期,降低开发费用,提高一次性设计成功率,将虚拟样机技术应用于该并联机器人坐标测量机的设计开发过程。利用SolidWorks软件建立该型并联坐标测量机的虚拟样机模型,应用OLE接口技术实现了该型并联坐标测量机的运动仿真和测量仿真,采用ADAMS软件实现了该型并联坐标测量机的动力学分析和仿真,并给出了仿真建模过程中关键问题的解决方案。计算机仿真结果证实了理论模型的正确性,验证了设计的合理性和可靠性。为此新型并联机器人坐标测量机的结构设计和数控系统设计提供了主要参数和理论依据,为并联坐标测量机的工程设计提供了一套有效的分析方法。

含球面副间隙的空间并联机构动力学特性分析

为了掌握含间隙4-UPS-RPU并联机构的动力学特性,建立了含球面副间隙空间并联机构的刚体动力学模型,实现了机构的动力学分析。首先假定并联机构的驱动支链与动平台相连的球面副元素之间存在间隙,基于"接触—分离"二状态模型,建立了球面副间隙的运动学模型;然后基于Lankarani-Nikravesh接触力模型和修正的库伦摩擦力模型,利用拉格朗日方程建立了考虑球面副间隙的4-UPS-RPU并联机构的刚体动力学模型;利用数值仿真方法分析了考虑球面副间隙并联机构的动力学特性。研究结果表明,球面副间隙对机构动平台质心点的加速度和碰撞力有较大影响,而且球面副间隙值越大,对机构动态特性的影响越明显。本研究为预测球面副对机构动力学行为的影响,掌握含间隙并联机构的实际动力学行为以及间隙补偿控制提供了理论依据。