基于印刷机轴孔装配的六自由度并联机构反解算法研究

印刷机套筒轴孔装配过程中由于套筒质量大、所需要的配合精度高、人工安装效率低且对工人身体会有一定的伤害。六自由度并联机构具有负载能力强和运动精度高等优点,因此使用六自由度并联机构作为装配过程的操作平台,六自由度并联机构的反解算法能让装配过程得到更好的控制,精度达到更高的要求。印刷机套筒装配机器人以六自由度并联机构为基础,以研华工控机为控制系统的平台,对六自由度并联机构进行反解算法的研究,为后续智能装配做好研究基础。

新型万能直角坐标串并联机构

基于传统的单纯串联机构工作空间大、运动学正解简单的优点,考虑到单纯并联机构结构刚度大、承载能力强、运动学反解简单等特点,参考国际国内有关串并混联机构的研究成果,结合现实加工领域的需要,提出一种全新结构的直角坐标串并联机构。通过线性驱动,它可以实现机构上下层动平台之间的输出主轴空间6自由度运动。通过解析几何作图法,得知机构的工作空间形态为四棱柱或三棱柱,并给出了机构出现奇异时的奇异结构与工作空间形态。机构输出主轴处于空间任一位姿时,运用解析作图法取得输出主轴在三维空间的极限摆角范围,采用该方法还找到了机构运动学一般位置反解的几组可能解。进一步分析可知输出主轴平行于垂直导轨方向时有三组可行解,不平行时有五组可行解。

多自由度Maxwell结构基于传递矩阵法的风振响应解析法

对多自由度带Maxwell阻尼器的高层耗能结构响应进行了研究。首先,将多自由度结构用固有振型展开,得到等效运动方程。由于该方程不具有经典阻尼,利用传递矩阵法求解,得到了广义位移及广义速度的解析表达式。进而利用随机振动理论,将结构位移和速度的响应方差分解为系列标准振子位移与速度响应方差的线性组合,获得了耗能结构基于规范Davenport风谱对应的以固有振型表示的结构随机响应和等效风荷载的解析解,即建立了带Maxwell结构的随机风振响应的分析方法。算例分析表明了该方法的正确性。

并联六坐标测量机测量模型的建模与求解

为研究并联坐标测量机的工作空间、控制算法和测量精度等 ,必须进行机构位置分析。测量模型的建立与求解是机构位置分析的正解问题。为降低位置分析难度 ,设计了基于演化Stewart平台的并联六坐标测量机。分别采用等效机构法和三维搜索法建立了测量模型 ,并通过计算机仿真获得了测量模型的解析解和数值解。仿真结果验证了两种建模方法的正确性。

一种单自由度体系解析解及其在车桥动力分析中的应用

假定相邻时刻之间荷载线性变化,推导出低阻尼单自由度振动体系的解析解,在此基础上给出了相应的车桥动力相互作用系统建模及求解流程。系统模型分解为车辆、桥梁两个子系统,基于部件刚体假定和达朗贝尔原理推导车辆子系统运动方程,采用有限元法建立桥梁子系统模型;借助于振型叠加法将两个子系统运动方程解耦,车辆子系统非正交阻尼部分的影响以及两个子系统间的动力相互作用均按非线性虚拟力处理;以一节4轴客车匀速通过32 m简支梁为例,分别采用提出的解析解法、Newmark-β法以及高斯精细积分法进行动力分析。结果表明,相对于Newmark-β法和高斯精细积分法,解析解法不仅具有高精度特点,能显著提高计算收敛的积分步长,同时又能避免计算复杂的指数矩阵,具有良好的工程适用性。

积分时滞对象的PID控制器设计

针对工业过程中常见的积分时滞对象,基于内模控制结构的设计原理,提出了一种PID控制器的解析设计方法。该方法通过引入闭环系统设定点低通滤波器来减少超调,从而达到二自由度控制;系统性能可通过单参数加以调节和优化。同时分析了系统的标称性能和鲁棒稳定性。最后通过仿真实例验证了控制方案的有效性。

仿真方法在6自由度并联机器人运行中的应用

介绍一种6自由度并联机器人基本结构及当前仿真技术的应用,对其进行了运动分析,结合其结构特点对系统进行线性化并求出位置逆解,建立了系统的状态方程,分析讨论了仿真技术在该机器人控制中的适用性.

基于少自由度主动支链的2R1T并联机构

针对空间串联机构的工业机械臂在执行加工操作任务时,普遍存在刚度强度较差、重复精度较低、能耗较高等缺点。基于3条少自由度主动支链,课题组设计了一种具有2R1T自由度的2-RPU/RPS并联机构。计算并验证了2-RPU/RPS并联机构的自由度,获得了解析形式的位置逆解,证实了该机构仅可能发生运动学正解奇异;依据课题组提出的基于边界数值搜索法的工作空间求解流程,证实了动平台具有沿X方向约80°的较大姿态转动范围;通过Solid Works虚拟运动仿真获得了2-RPU/RPS并联机构驱动位移变化曲线。仿真结果表明:机构各驱动位移变化曲线均波动较小且在合理取值范围,说明驱动器运转平稳、能耗较低。本研究可为基于并联机构的复杂曲面工件多轴加工装备研发提供有益的参考。

二阶对象模型两自由度伺服控制器解析法设计

针对二阶模型控制对象提出了一种两自由度伺服控制器的设计方法，采用解析法确定控制器的参数，使校正后的二阶对象系统同时满足跟随性能与抑制干扰性能最佳的设计要求．仿真结果验证了所提出方法的有效性．

平面超冗余机器人形状控制的几何样条方法

本文提出了平面超自由度机器人形状控制的样条曲线方法。此方法无需求解复杂非线性优化问题和雅可比伪逆。机器人宏观构形与参考样条曲线之间的匹配非常简单 。

特种车辆模拟驾驶训练中六自由度平台控制研究

为了在有限的空间内,模拟出特种车辆驾驶过程中的各种姿态,研制了一套应用于特种车辆模拟驾驶训练系统的六自由度运动平台。对六自由度运动平台的机械结构进行设计,使其满足运动行驶过程中的运动姿态模拟;通过嵌入式控制系统设计,实现对运动平台中每个自由度的控制;利用逆解算法求得每个电动缸的位移量,利用洗出算法实现加速度和角位移等状态的体感模拟。经验证,该运动平台具有沉浸感强、精度高、低延迟等特点,可有效完成训练任务。

多自由度结构动力方程解析解的改进算法

针对结构动力计算中数值方法不精确以及模态叠加法计算复杂,对结构质量、刚度、阻尼矩阵形式有限制等一系列缺点,提出了多自由度体系运动方程的改进解析算法,推导了改进算法下自由振动时方程的通解形式,并对简谐荷载以及插值形式的地震荷载作用下多自由度体系的运动方程进行了解析求解.文中在求解时对结构的质量、刚度、阻尼矩阵的形式及状态矩阵的正交性不做要求.计算结果与文献中所给结果非常接近,同时将所得解析式代入运动方程时,方程左右两边的误差在10-15量级.数例计算和证明推导过程体现了解的精确性.此解为多自由度体系运动方程解析解的求解方法提供了一个新的思路.

航天器对接逼近段相对运动的解析求解与最优控制

应用解析方法,研究了航天器对接逼近段多自由度的轨道和姿态耦合控制问题。求解多自由度机动下航天器的相对运动,设计逼近段最优控制,并通过仿真算例给出相关动力学分析结论。所提供的解析解可有效减少控制量求解的计算时间,并使动力学方程在整个过程得以满足,提高了计算精度。所得状态量解析表达式更有利于分析逼近段航天器相对运动的一般规律,并且能够更直观地反映航天器连接点的相对运动、判断逼近段是否发生碰撞,有利于提高对接的安全性。