一种新型四象限洛伦兹力电机的设计及优化方法

为满足六自由度隔振平台(VIP)高定位精度、高动态响应和短运动行程的使用需求,设计了一种应用在六自由度隔振平台的新型四象限洛伦兹力电机,这种电机具有低推力波动和小耦合力的优点。首先介绍了提出的新型四象限洛伦兹力电机的结构和工作原理。然后基于等效电流法和永磁体镜像法推导这种电机磁场分布以及电磁力情况。并且分析不同结构参数对气隙磁场以及电磁力的影响,再基于遗传算法在兼顾推力波动、耦合力的情况下对推力密度进行参数优化。最后,根据提出的电机电磁力模型进行3D有限元仿真和实验验证,实验结果表明,所设计电机在线圈电流为5 A,y、z向位移台运动位移在-1 mm~1 mm时,推力波动小于0.23%,耦合力在19.3 mN以内。

航空发动机高速滚子轴承动态特性分析

高速滚子轴承的动态特性对航空发动机转子系统的性能有重要的影响,为得到较准确的轴承动态性能,采用拟动力学法建立承受四自由度载荷的滚子轴承动力学分析模型,模型中各零件之间的力和力矩由建立的轴承零件相互作用模型计算得到,并使用较精确的弹流模型计算拖动力,给出了非圆滚道轴承动态性能的计算方法。通过算例分析了工况参数和结构参数对滚子轴承动态特性的影响规律,最后通过实验结果验证了程序的可靠性。滚子轴承动态特性的研究为研究航空发动机转子-轴承动态性能耦合分析奠定了基础。

一种四自由度并联机构的性能指标分析

通过改变并联机构的拓扑结构,得到了一种具有空间四自由度的并联机构。根据位置关系方程,通过理论推导,得到了机构速度和加速度映射解析方程,同时求出了机构的一阶和二阶影响系数矩阵。综合分析了机构的运动学和动力学性能指标,得到了影响多种性能指标的敏感因素。考虑量纲的不同,将Jacobian矩阵分离,在动平台任务空间内,研究了决定速度和力、角速度和力矩的性能指标。提出了对Hessian矩阵采用"分层"研究的方式,在任务空间内,得到了各支链扰动对机构加速度和惯性力性能的影响程度。研究结果为机构的设计和优化以及控制策略的选择提供了理论依据。

智能轮椅上的机械手运动学分析及轨迹规划

装备了机械手臂的智能轮椅在助老、助残、辅助康复等方面都有重要的研究价值。对装备于智能轮椅的四自由度机械手臂运动学分析以及轨迹规划进行了研究,为机械手臂自主抓取建立了数学模型和理论依据,运用D-H法建立了机器人的运动学方程。提出了基于目标函数的最小功率法,在逆解存在多组解的情况下,选取节约能量的一组解,从而节约了能量。通过仿真实验验证了算法的有效性,为以后的轨迹优化、无碰撞轨迹规划建立基础。

服务机器人拟人臂和底盘运动学建模

针对服务展示移动平台拟人手臂抓物体和移动问题,将其分为移动定位底盘和拟人抓取手臂两个基础部分。首先,构建了基于MDH法的连杆坐标系,其次从正、反运动学描述两个方面对拟人手臂进行了坐标系建模。再次把展示服务平台建模成驱动轮上的一个刚体,该服务展示平台移动定位底盘的总维数是三个:两个为移动平面中的位置信息;一个为垂直移动平面的旋量信息。最后,利用Open GL与VC6.0对四轴拟人手臂进行了仿真实验,验证了正、逆运动学求解工程的正确性。实验结果表明,该运动学建模能够反应出服务机器人真实运动情况。

装有横向稳定器的车辆悬架系统Simulink振动分析

以某款轿车的横向稳定器为研究对象,研究其在行驶过程中对车辆侧倾性能的影响。首先建立装有横向稳定器的四自由度的车辆悬架系统数学模型,采用Matlab/Simulink工具箱进行仿真分析。然后以随机路面激励和稳定器刚度系数作为输入量,以汽车悬架的质心速度、侧倾角速度和悬架的变形作为输出量。通过对比仿真曲线,得知装有横向稳定器的悬架系统与无横向稳定器的悬架系统相比,车身侧倾角度减小,操纵稳定性和行驶安全性有一定程度的改善。

含驱动摩擦的四自由度并联机构动力学分析

在考虑驱动摩擦的条件下,对一种四自由度并联机构进行了动力学分析。完全描述该机构动平台的位姿需要4个独立的广义坐标,根据运动特性推导出机构输入与输出的解析表达式,并基于牛顿-欧拉法建立了机构的动力学模型。将3种不同的静态摩擦模型引入各支链移动副,以一种3次多项式为动平台轨迹方程,得到了机构运动副约束反力和各支链驱动力。计算结果显示了摩擦对机构驱动力和运动副约束反力的影响。

某型轿车悬架参数的多目标优化设计

为了解决某型轿车的悬架参数匹配,利用ADAMS中的路面发生器和Matlab程序生成四轮相关的B级随机路面,与标准路面谱吻合较好。在此路面的激励下,对该型轿车的七自由度ADAMS模型进行了仿真分析与评价。验证了系统动态响应的功率谱峰值频率与其固有频率的对应关系,探究了悬架参数对加权加速度均方根、悬架动行程和轮胎动载荷的影响趋势。采用统一目标函数法对车辆悬架参数进行了多目标优化,优化结果表明:轮胎动载荷不增大的同时,舒适性有所提高。

四自由度码坯机器人轨迹规划与仿真研究

以四自由度码坯工业机器人为研究对象,采用D-H法建立机器人各连杆坐标系,根据各连杆的位置关系,经过矩阵变换,获得其运动学的正解和逆解,研究关节空间内码坯机器人的三次多项式轨迹规划,进行Matlab环境下轨迹规划仿真,获得关节角﹑角速度和角加速度随时间变化的曲线。通过仿真结果的分析,验证轨迹规划的可行性、合理性和准确性,保证码坯机器人的平稳运行。

三工位熔模制壳机设计与试验

为解决手工蜡模制壳过程中工人劳动强度大、模壳质量不易保证的问题,设计了一种三工位熔模制壳机,实现了挂钩-沾浆-粘砂-摘钩的连续循环作业。制壳机结构包括底座、机械臂转盘、机械臂转盘上120°均布的3个机械臂模块和超声波传感器。3个机械臂模块在机械臂转盘的带动下依次到达三工位的位置,机械臂模块完成熔模的升降、摆动、伸缩和旋转动作。超声波传感器检测浆面和浮砂面的高度值超过预设值后报警,提醒作业人员添料。试验结果表明,三工位熔模制壳机的制壳效率明显高于手工制壳,壳模浇注后的铸件尺寸精度和表面粗糙度值也略高于手工制壳。

基于矢量空间纯电动车三自由度建模与验证

建立电动车运动坐标系,利用矢量空间数学工具和刚体力学原理,建立四轮独立转向、四轮独立驱动的电动车运动学数学模型,模型包含了纵向、侧向、横摆3个自由度。同时根据直流无刷轮毂电机的电气特性建立了轮毂电机的数学模型。模型使用了课题组试验车的参数,在相同的油门输入与方向盘输入的情况下,分别做了实车实验与模型仿真实验,采集两组实验输出的速度、横摆角速度、质心侧偏角数据。通过比较试验车与仿真模型输出的数据验证了数学模型的准确性。利用已经建立的数学模型,研究高速状态下后轮转角对电动车的横摆角速度和质心侧偏角的影响,从实验结果可以看出,实施对后轮转角的控制可以有效改变电动车的横摆特性和质心侧偏角特性。此外,论文对模型的局限性进行了分析,明确该数学模型适用的场合以及使用该模型时应注意的事项。

SCARA型四自由度机械臂规则曲线的轨迹规划

针对轨迹规划在SCARA型机械臂高效稳定运行中所起的重要作用,以四自由度机械臂为控制对象对轨迹规划算法研究,通过在笛卡尔坐标空间中进行直线插补和圆弧插补对机械臂进行轨迹规划,仿真结果表明,运用轨迹规划可以有效地提高机械臂的控制精度和工作效率.

基于4自由度操作臂无冲击轨迹规划及动力学仿真分析

在机器人操作臂的研究过程中,其运动轨迹规划及动力学分析是重要部分。针对验电及架设接地线4自由度操作臂的结构特点,采用拉格朗日法建立了动力学模型,并进行了动力学分析,在4阶多项式规划的基础上提出了无冲击轨迹规划。利用Matlab中的Simulink模块得到各关节的力矩、力随时间变化的曲线。运用Adams软件对其进行动力学仿真,得到各关节的力矩、力仿真曲线;与Simulink计算出来的曲线进行对比,确定了动力学分析的正确性,为结构设计和系统控制奠定了基础。

基于STM32的无线同步机械臂的设计

针对社会对残疾人问题和高危领域作业工人的关注,设计出一款可移动型四自由度无线同步机械手臂。该装置以STM32为控制器,将人类灵巧的手臂行为检测量化为一组可以处理的数据并通过无线发送到执行端,模仿人类手臂动作。使人们不需要移动就可以根据自己当时的想法进行远程操作和取物。由于此机械手臂的同步性,可移动性,使得残疾人在取物时更加灵活方便,高危作业时操作更加精准安全,比起普通机械手臂,用处更加广泛。

四自由度机械臂网络化远程控制平台的设计

为进一步研究四自由度机械臂网络化远程控制系统,以四自由度机械臂为控制对象,用Visual C++6.0设计基于UDP协议、Client-Server模式的远程控制程序.通过编写网络客户端和服务器端程序,构建四自由度机械臂网络化远程控制平台,并在此平台上实现局域网内远程控制四自由度机械臂抓放物块.

基于预瞄的智能车辆路径跟踪控制研究

针对智能车辆在实际行驶过程中的路径跟踪问题,综合考虑车辆位置和动力学状态,建立了二自由度车辆动力学模型和路径跟踪预瞄误差模型,并将预瞄误差模型与二自由度车辆动力学模型相结合。以最小化横向预瞄误差和车辆与目标路径之间的方位偏差为控制目标,基于线性二次型最优状态调节器(LQR),得到了安装四轮转向控制器的智能车辆的前后轮转角。将车辆的前后轮转角作为车辆模型的输入,控制车辆稳定地跟踪期望路径。仿真结果表明:提出的路径跟踪控制策略能够在车辆换道时始终维持横向预瞄误差和方位偏差在较小范围内,同时具有较好的横向稳定性。

基于Kinect的机载机械手臂抓取方法研究

本论文研究任务是实现无人机物体抓取。首先根据数控机械臂系统的自动控制功能要求,通过kinect等双目定位摄像头自动拍摄一段视频或背景图片,然后存储到视频存储器中,通过视频图像信息处理技术系统自动去除视频背景图像信息,可以用于抓取目标物体,可以实现对用于目标物体的自动跟踪,再通过定位器找到用于目标抓取物体的一个中心定位点,以这个中心点位置作为目标抓取点,并将目标中的物体暂定为一个形状排列规则的目标物体。整体上我们设计了一出单cpu的舵机系统控制解决方案,方法即通过直接控制主舵机控制器谐波输出的pwm和谐波的时间占空比值来实现系统对舵机横向转动的直接控制,进而直接实现各个传动关节的舵机位置移动控制。在相关的物理设计的方面上,论述了如何利用arm的两种微处理器,通过如何搭建硬件平台等来构建人体关节处的运动过程控制管理系统。然后按照传统结构化电路设计的基本思想,对以上各组成部分的设计原理和具体设计操作方法细节进行了系统分析和深入探讨,最后给出了实际的设计原理结构图和集成电路结构图。

四轮转向系统模糊PID控制研究

针对四轮转向汽车传统线性控制策略的局限性以及控制效果和稳定性差的缺点,在四轮转向系统二自由度模型基础上考虑车身的侧倾和轮胎的非线性特性,建立4WS三自由度非线性模型。在此基础上,利用模糊理论结合PID控制策略设计模糊PID控制器,并在角阶跃输入条件下,与传统的前轮转向汽车和比例控制下的四轮转向汽车进行了操纵稳定性仿真对比分析。仿真结果表明:模糊PID控制器很好的弥补了线性控制器的缺点,提高了汽车的操纵稳定性和行驶安全性。

双目视觉云台模糊自适应PID跟踪控制

针对双目四自由度视觉云台目标跟踪控制中存在的非线性、模型不确定性和参数时变等问题,提出基于模糊逻辑的自适应PID控制器。在传统PID控制器的基础上,利用模糊逻辑建立模糊自适应PID控制器。模糊自适应控制器以跟踪误差和误差的变化率为输入参数,以PID控制器参数的变化量为输出,在线自适应更新PID参数。在MATLAB和V-rep环境下搭建仿真实验平台,仿真结果表明,所提出的模糊自适应控制器较传统PID控制器在动力学模型时变方面有很好的鲁棒性。

基于自适应反演滑膜的半主动悬架系统设计

为了提高半主动悬架的平顺性,对1/4半主动悬架模型进行建模,以混合天地棚控制作为参考模型,联合滑膜变结构控制与自适应控制,利用反演的设计理念,创建出自适应反演滑膜控制器。利用Lyapunov函数,在理论上推算出悬架系统渐进平稳的基础,使得实际控制器能够得到混合天地棚模型的控制效果,并获得逐渐平稳的滑膜运动。在MATLAB/SIMULINK中,仿真分析自适应反演滑模控制器对悬架性能的影响。仿真结果表明:自适应反演滑膜控制能够得到混合天地棚模型的控制效果,与被动悬架相比,对提高半主动悬架系统的减震效果更加明显,提高了车辆的平顺性。