电液3-UPS/S并联稳定平台参数振动特性分析

针对电液3-UPS/S并联稳定平台驱动液压缸的压力脉动所产生的参数振动,建立了稳定平台的参数振动方程并利用多尺度法求解了主共振响应与组合共振响应的一次近似解;分析了主共振与组合共振响应特性以及振动幅值在初始工作空间内的变化规律,最后采用四阶龙格库塔法与模态试验对参数振动模型进行验证。结果表明:数值解与理论解之间的最大误差为4.20%,固有频率理论值与试验值之间的最大误差为4.66%,可验证参数振动模型的正确性。

AUSM^+-up格式在无网格算法中的推广

将AUSM+-up格式推广运用到了无网格算法中。在点云离散的基础上,运用曲面拟合和AUSM+-up格式求得数值通量;采用四步龙格-库塔方法进行时间推进,并引入当地时间步长和残值光顺等加速收敛措施。为了验证本文方法的计算精度和鲁棒性,对NACA0012翼型跨声速流动、某三段翼型低速绕流、平行错位NACA0012双翼超声速、高超声速流动进行了数值模拟。

应用压力间断解析解修正AUSM^+-up格式

AUSM+-up格式是近年来发展的AUSM类格式,通过在对流通量中引入压力耗散,同时在压力通量中引入速度耗散,使之在各种马赫数下均有良好的收敛性和稳定性。然而,通过对格式的分析,我们发现当马赫数为零时,在压力间断位置会出现质量通量无穷大的非物理现象。为了克服这一缺陷,采用特征线法获得了压力间断问题的解析解;以此为基础,对对流通量中的压力耗散项进行修正,发展出新的AUSM+-up格式。以新的格式对不同速度驱动下的冲击波发展、不同强度压力间断问题和激波衍射问题进行了仿真,计算结果与理论解吻合得较好。

海浪扰动下电液3-UPS/S舰船并联稳定平台振动特性分析

针对电液驱动的舰船并联稳定平台在实际工况下的振动问题,以电液3-UPS/S舰船并联稳定平台为研究对象,在考虑铰链刚度的基础上应用虚功原理建立稳定平台的动力学模型;通过海浪谱函数,计算了随机海浪激励下船舶的运动响应,进而得到稳定平台跟踪舰船运动的响应规律;分析了稳定平台在随机海浪激励条件下和初始工作空间内的固有频率变化特性;最后,为验证动力学模型的正确性,采用脉冲激励法对稳定平台样机进行模态试验,固有频率理论值与试验值的最大误差为4.66%,可以验证动力学模型的正确性。

基于2-PCR_2-UPS并联机构的运动学分析与工作空间

针对当前快递行业每天需要大量的工作人员对快递件进行码垛、分拣,提出一种2-PCR_2-UPS非对称的并联机构,同时可运用于其他行业产品的码垛与分拣。利用SolidWorks软件中对2-PCR_2-UPS并联机构进行建模;根据螺旋理论对2-PCR_2-UPS机构的自由度进行分析,并结合修正的G-K(Grübler-Kutzbach)公式验证其正确性;在求解机构的运动学逆解过程中主要运用闭环矢量法,使用MATLAB程序语言绘制得出机构工作空间;在Adams软件中建立虚拟样机进行仿真分析。结果表明:2-PCR_2-UPS机构有3移(沿着X、Y、Z轴方向上的移动)和1转(围绕Z轴的转动)的4个自由度,工作空间呈现对称分布、范围较大,运动性能良好;2-PCR_2-UPS机构结构简单、快捷,工作空间大,可以代替人工进行码垛与分拣工作,大幅提升工作效率。

6-UPS并联机器人动力学参数辨识

为了获得精确的并联机器人动力学模型,以6-UPS并联机器人为研究对象进行了参数辨识。通过牛顿-欧拉法结合并联机构的对称性和各关节的重复性,简化了6-UPS并联机器人的动力学模型,并转换成了关于基参数集的线性形式。为了提高辨识精度,提出将机器人的惯性参数和摩擦参数分步辨识的策略并对比了不同摩擦模型的辨识效果。通过运行不同轨迹的辨识实验对比驱动力与预测力的误差大小来验证辨识效果,结果表明,惯性参数和摩擦参数分步辨识能提高辨识精度,Daemi-Heimann模型相比于库仑-黏滞摩擦模型的辨识结果精度更高。

基于6-UPS并联机器人的副面调整机构设计

针对奇台110 m口径全可动射电望远镜(QiTai radio Telescope,QTT)天线副面调整机构的技术指标,文中提出了一种基于6-UPS并联机器人的副面调整机构。分别利用多刚体动力学分析和控制仿真软件对副面调整机构进行了虚拟样机建模和动力学仿真,得出副面调整机构运动关节在天线指天和仰平两种工况下从零位运动至指定位姿所需要的最大驱动力。进一步建立了大射电望远镜副面调整机构的有限元模型,对其零位时的结构进行了模态分析,得到了前6阶固有频率,为工程设计提供了理论参考。

5-UPS/PRPU 5自由度并联机床运动学分析

介绍了一种新型的5-UPS/PRPU5自由度并联机床,定平台通过五个结构完全相同的驱动分支UPS分支以一个约束分支PRPU分支与动平台相连接。该机床可以实现三维移动和两维转动,PRPU分支关节变量反映了动平台位姿,为实现闭环控制提供了条件。通过对其运动学进行分析和计算,确定了中间分支对动平台的约束运动,建立了该机床的运动学反解方程和雅可比矩阵,并通过机床样机试验验证了理论分析的正确性。

基于牛顿迭代的6-UPS并联机构运动学正解的研究

对自制的6-UPS并联机构的运动学问题进行了分析,利用数值法对该机构的运动学正解进行深入研究。通过运动学反解计算,在旋转矩阵和驱动杆长约束条件下,建立了运动学正解的数学模型,通过化简得到一组六个只含有三个姿态变量的非线性方程组;利用Mathematica软件求解上述方程,利用牛顿迭代法引入所有有效初值求解上述方程组得到正解结果,避免由于初值选取不当产生的漏解现象,并绘出对应的机构装配简图。经算例验证,方法使得算法的收敛速度以及高效寻找全部解得到很好的提高。

3-UPS/S并联平台结构设计与运动学分析

针对建筑板材安装机器人工作流程及载荷要求,研制开发了用于机器人姿态调整的3-UPS/S结构并联平台。根据板材安装的特定环境,提出了基于倾角和激光测距传感信息反馈的机器人位姿检测方法。建立了机器人并联平台运动分析的数学模型,推导了其姿态运动学逆解方程,并通过ADAMS仿真验证了方程的正确性。试验结果表明,该并联平台的结构设计合理,能够实现大质量、大尺寸建筑板材的自动化安装。

3-UPS并联机器人工作空间研究

基于3-UPS并联机器人为研究对象,分析了基座与动平台之间支链连杆的长度对3-UPS并联机器人工作空间的限制。采用三维搜索法确定工作空间边界。通过Matlab编程绘制出3-UPS并联机器人的灵活工作空间,同时研究了并联机器人机构模型参数与工作空间之间关联性。为并联机器人的结构设计和进一步研究奠定了基础。

一种新型3-UPS并联机构及其工作空间分析

设计了一种新型3分支6自由度3-UPS并联机构,建立了该机构的运动学反解模型,给出机构主要约束,应用三维极坐标边界搜索方法绘制出在定姿态工作空间截面图和边界三维实体图,分析了机构参数对工作空间体积大小的影响规律,为机构参数的选取提供了依据。该并联机构工作空间大、连续性好,适合作为机器人步行器的腿结构。

考虑关节摩擦的3-UPS/PU并联机构模糊自适应滑模控制

为克服3-UPS/PU并联机构关节摩擦力突变现象带来的跟踪畸变问题,设计了一种模糊自适应滑模控制方法。首先在机构动平台工作空间内建立该机构的整体动力学模型。针对切换型滑模控制驱动力抖振以及自适应滑模控制(ASMC)对摩擦突变较敏感的不足,提出一种模糊自适应滑模控制(FASMC)方法,该方法以自适应理论为基础,可以在线估计包括摩擦在内的系统模型不确定项,自适应增益通过模糊逻辑系统实现了动态调整,相比ASMC可以更准确地逼近摩擦的变化情况,从而更有效地抑制摩擦力突变影响,增强了系统鲁棒性。由于无需依赖具体的摩擦模型以及简单的控制结构,FASMC适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制方法能有效估计并克服机构摩擦干扰,提高了机构的控制精度,而且驱动力没有出现抖振现象。

3-UPS/PU并联机构动力学建模及自适应滑模控制

为减少动力学模型不确定性(包括参数不确定和未知的负载干扰)对3-UPS/PU并联机构控制精度的影响,提出一种自适应滑模控制。首先在运动学反解基础上采用虚功原理建立该机构关于动平台工作空间的动力学模型。控制器结合了动力学名义模型和滑模控制理论,利用滑模面设计的自适应律可以对不确定性进行在线估计并补偿,从而提高系统鲁棒性。通过Lyapunov函数分析了系统稳定性。该控制器优点是:无需依赖不确定性上界,结构简单,易于工程应用,适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制器能有效克服时变的模型不确定性,使动平台各自由度的平均跟踪误差相比传统滑模控制明显减少。

基于牛顿—欧拉法的3-UPS/S并联机构动力学分析

以3-UPS/S并联机构的运动支链为研究对象,得到支链运动与动平台运动之间的映射关系。以此为基础,采用牛顿—欧拉法分别对运动支链和动平台进行动力学建模。通过消除构件间的内力,建立了3-UPS/S并联机构的动力学模型,得到驱动力与机构运动及外力之间的关系。最后给出了仿真算例,得到了当动平台做一定规律运动时,驱动力及约束力的变化曲线。

RK-AUSM^+混合格式在跨声速Euler方程计算中的应用

首先在一维AUSM＋格式的基础上，推导出了AUSM＋格式在任意曲线坐标下的二维形式，并将其与Runge-Kutta格式结合，对跨声速Euler方程进行求解。最后，为了验证RK-AUSM＋混合格式的有效性，将典型双圆弧叶栅无粘跨声速流动作为算例。本文计算结果和文献结果符合很好。

基于逆运动学的6-UPS并联机构运动学参数辨识方法

为了提高6-UPS并联机构的定位精度,研究了一种基于逆运动学的6-UPS并联机构运动学参数辨识方法。首先基于逆运动学建立了6-UPS并联机构的运动学参数辨识模型,然后通过Levenberg-Marquardt最小二乘法对模型进行求解,最后对该算法进行了仿真验证。结果表明该算法可以很快收敛,在测量设备没有测量误差的理想状态下,参数辨识精度达到10-10mm。在测量设备存在1μm、1″的误差状态下,参数辨识精度达到10-3mm,足以满足大部分应用场合下6-UPS的位姿精度要求。

基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计

提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台,该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体,辅以弹簧阻尼模块,将调姿与隔振功能相结合,以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求。以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标,进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计;建立了路面谱模型,使用差分预测算法对载运车在C级路面上行走时保持上平台水平所需的支链长度进行了预测,通过仿真验证了所设计平台调姿功能的有效性;建立了多维隔振系统的振动模型,采用理论及仿真方法研究了系统在受迫振动下的振动响应,结果表明,隔振平台在5个自由度方向的隔振率均在57%以上;设计了隔振平台样机,搭建了实验系统,并进行了X、Y和Z方向的隔振实验,实验结果表明,所设计的多维调姿隔振平台在测试的3个方向上的隔振率均在50%以上,具有良好的隔振性能。

2-UPS/(S+SPR)R并联机构伴随运动与正反解分析

目的分析含有闭环单元的三自由度2-UPS/(S+SPR)R并联机构是否具有伴随运动,并对该机构的位姿正逆解进行分析。方法利用欧拉变化得到旋转矩阵,结合机构的结构特性建立约束方程,分析机构是否具有伴随运动和机构的位姿逆解。利用粒子群(PSO)算法分析机构的位姿正解。结果该机构不具备z轴方向的转动伴随运动,建立了位姿逆解方程;通过PSO算法在输入驱动参数的情况下,可以精确地得到动平台的位姿。结论机构不存在伴随运动,通过PSO优化算法得到了位姿正解精确的数值解,为分析机构的工作空间提供了良好的基础。

6-UPS并联平台考虑关节摩擦的动力学分析及数值仿真

为了对6-UPS并联平台进行动力学分析,基于拉格朗日动力学模型,建立了6-UPS并联平台完整动力学模型。考虑关节摩擦的影响,以"库伦-粘性"摩擦模型为基础,在建立机构关节摩擦模型的基础上,定量分析了机构驱动力受关节摩擦力的影响。为求解因考虑摩擦而建立的非线性动力学模型,本文给出了数值仿真的迭代计算方法。最后以江苏科技大学自制的6-UPS并联船舶运动模拟平台机构为例,求解了液压系统在动平台升沉运动、平移运动、偏航运动、翻滚运动中理想驱动力和含摩擦驱动力随时间的变化关系。结果表明:当机构处于低速运动状态时,关节摩擦力对动力学的影响很小,但驱动力大于原理想动力学情况下的0.005%;当机构处于高速运动状态时,关节摩擦力对动力学的影响会显著增加,但驱动力不会超过原理想动力学情况下的0.25%。本文结果为下一步控制系统的设计提供了理论依据。