一种7-DOF机械臂的结构设计及其几何位置误差分析

基于双电机伺服驱动的关节设计制造了一种7-DOF协作机械臂,建立了该型机械臂末端执行器的几何误差模型,并且基于原始参数误差独立作用原理对参数误差进行分析与合成.基于数理统计大数定律,利用蒙特卡洛的方法对几何位置误差影响因素的灵敏度进行了数值仿真计算分析,找出对机械臂几何位置误差影响程度相对较大的参数误差.通过对机械臂末端执行器的几何位置误差计算分析,可知误差在工作空间内服从瑞利分布.经过实验测量,机械臂的重复定位误差不超过0.0591 mm,并且绝对定位误差服从瑞利分布是显著性的,证明了双电机伺服驱动关节具有回差小、传动精度高的特点和误差分析的正确性,为机械臂的精度设计与应用提供理论依据.

Modeling and Stability Analysis for Dual-Spinning Projectiles with Canards

To develop the guided spin-stabilized projectiles with high hit precision,a class of dual-spinning stabilized projectile equipped with canards in atmospheric is studied.The 7 degrees of freedom(DOF) nonlinear equations are written in a non-rolling body frame.The work reported here focuses on the ballistic property analysis including the spin rates,incidence angle,ballistic drift and lateral velocity.The dual-spinning projectiles are fundamentally less stable than conventional spin-stabilized projectiles.Hence,the gyroscopic stability is also studied in this paper.Theoretical models are given in this work,and the results of numerical analysis are discussed.

基于点球约束的机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,机器人理论位姿和实际位姿总存在一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响装配机器人的应用与推广。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法:1)通过在机器人末端安装的6维力传感器反馈末端受力情况,控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的7自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;建立机器人的运动学误差模型,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证。采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所得参数代入误差模型中进行实验,结果表明,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供了有益参考。

基于七自由度车辆模型的稳定性仿真研究

利用Matlab软件,建立了七自由度车辆动力学仿真模型,并对其在驱动工况下前轮转角阶跃输入和前轮转角正弦输入的操纵稳定性进行了分析。仿真结果在验证了模型的有效性的同时,还证明了汽车在驱动工况下转弯能够明显增大其自身的不足转向趋势。

悬架系统非线性减振器阻尼值变化系数对整车振动影响的研究

以MATLAB/SIMULINK为研究平台,搭建了包括车身垂直,俯仰和侧倾的七自由度非线性整车分析模型,讨论了汽车在随机路面谱激励下,非线性悬架系统对于整车振动的影响,并通过实车试验验证了所分析结果的正确性。论文详细分析了悬架阻尼非线性特性对车身总加权振动加速度均方根值的影响规律,研究结果表明:不同的复原行程阻尼值变化系数n_r和压缩行程阻尼值变化系数nc会不同程度的影响整车的振动,较小的变化系数会增大车身总加权振动加速度均方根值,而过大的变化系数对于整车平顺性并无较大改善。研究结果还表明变化系数相同的双向阻尼值变化系数n_(rc)和n_(cr)对整车振动影响很小。所开展的阻尼非线性对车身加权加速度振动响应影响的研究规律研究,考虑了对人体较为敏感的水平振动的影响,对于改善整车平顺性的悬架系统设计有一定的指导作用。

固定鸭舵式二维弹道修正弹稳定性分析

在研究固定鸭舵式二维弹道修正弹受力的基础上,建立描述弹丸运动状态的7自由度刚体弹道模型.采用小扰动法将所建立的刚体弹道模型线性化,建立弹丸的扰动运动方程组,并给出李雅普诺夫意义下的稳定性判据.固定鸭舵式二维弹道修正迫弹的飞行试验表明,所建立的7自由度刚体弹道模型可精确描述弹丸的运动状态.在针对迫弹的研究中发现,弹丸扰动运动方程组的动力学系数具有对应相等的关系,进而将扰动运动方程组简化,得到低速滚转迫弹的稳定性判据,并验证判据正确性.

基于Isight的电动助力转向系统集成优化

为了兼顾整车的操纵稳定性和电动助力转向系统(EPS)参数优化的便利性,采用Isight优化软件和Simulink仿真平台对EPS进行了优化研究。建立了EPS和七自由度整车的集成动力学模型,引用总方差评价方法建立了EPS的多目标优化模型,并基于Isight和Simulink软件完成了EPS和整车模型的集成优化。结果表明,集成七自由度整车模型的EPS系统优化,使得驾驶员转向更加轻便、整车的操纵稳定性得到进一步提升,同时,基于Isight和Simulink平台的集成优化过程省去了目标函数的繁琐推导过程,也使得EPS系统参数的优化更加方便。

七自由度车-路耦合模型设计及试验研究

针对车辆在行驶状态下车轮对路面的动载荷变化情况,根据车辆对路面的动力学响应理论建立了七自由度车-路耦合数值仿真模型。为进一步证明车辆前后车轮产生的动载荷具有相干性和规律性,搭建了车-路耦合模型试验装置并进行了相关试验研究。装置设计包括:车辆模型基于四轮七自由度车辆模型搭建;路面模型基于Kelvin地基上的Kichhoff薄板理论搭建。试验结果表明:所设计的模型试验装置能够证明车辆在不同载荷和速度下产生的动载荷具有相干性和规律性,仿真数据与试验数据幅值基本吻合,证明数值仿真方法合理,可对工程设计提供参考。

155 mm固定翼双旋弹二维弹道修正引信的翼面转速特性及修正能力研究

二维弹道修正引信实现弹道修正的前提是对头部翼面部分转速进行控制。基于155mm固定翼双旋弹二维弹道修正引信平台,分别对双旋环境下弹体和翼面的转速特性进行了分析。建立翼面作用下双旋弹丸运动模型,采用计算流体力学软件对二维弹道修正引信进行数值模拟,计算得到了翼面各项气动力参数;通过对二维弹道修正滚转通道动力学方程展开分析,以弹丸和头部翼面部分转动惯量为基础,综合分析了翼面转动惯量、摩擦力矩、翼面滚转阻尼力矩和翼面导转力矩对全弹道转速、落点、横向偏差、攻角的影响;在转速控制基础上对155mm固定翼二维弹道修正引信修正能力进行了评估。研究结果表明:二维弹道修正引信导转翼面角度取5.0°~5.5°、修正翼面角度取8°~9°时可以满足控制所需的平衡转速和修正能力要求;双旋转速仿真结果可以反映弹道修正引信、精确制导组件等双旋弹丸的转速特性,为此类双旋弹丸翼面部分设计提供了理论依据。

拟人服务机器人运动学解耦算法研究

针对拟人服务机器人的手臂运动控制问题,提出了一种求解机器人逆运动学的新方法。7自由度串联机器人的逆运动学解是一个高度复杂的非线性问题,解的存在性并不是唯一的,因此逆运动学方法得到了广泛的关注。首先,提出了一种神经网络的学习方法,使神经网络同时表示从任务空间坐标到关节空间坐标的位置和速度关系。然后,为了得到有效的学习算法,引入了原神经网络的伴随神经网络。该算法有效地解决了逆运动学问题,克服了传统求解逆运动学方法计算量大、收敛速度慢、精度低等缺点。最后,通过Matlab对算法的有效性进行了验证,并通过采集机器人总控系统的关节数据验证了运动学解耦算法的稳定性和高效性。

基于模糊控制的主动悬架建模与仿真研究

为了改善主动悬架的控制效果,根据汽车系统动力学原理建立了7自由度整车振动数学模型,采用模糊控制策略,设计了适合于整车主动悬架的模糊控制器,并以某款微型轿车为基础在Matlab中的Simulink环境下进行了白噪声激励仿真实验和阶跃激励仿真实验。仿真结果表明所设计的模糊控制算法可以显著提高汽车的平顺性和操纵稳定性。

城市客车七自由度平顺性模型仿真研究

建立某城市客车的七自由度平顺性模型,基于MATLAB/Simulink软件编写仿真程序和图形化界面,并进行仿真分析,将仿真结果与试验结果对比。

空间七自由度机械臂动力学建模与仿真

针对空间机械臂动力学建模复杂、无法实时解算的困难,提出了基于铰接体惯量法的空间七自由度漂浮基机械臂正、逆动力学建模方法。为了实时地解算机械臂运动情况,推导了基于铰接体惯量法的正向动力学方程,实现了O(n)次高效率计算;利用空间矢量的牛顿-欧拉逆向动力学方程,结合动量守恒定理,建立了基于铰接体混合动力学理论的自由漂浮空间机械臂的逆向动力学方程,并基于逆动力学方程建立了机械臂位置控制系统。在MATLAB中建立了漂浮基七自由度机械臂动力学模型及其仿真系统,并在SimMechanics中搭建了机械臂物理模型与仿真系统,两个系统的仿真结果验证了所建动力学模型的准确性。

基于滤波技术的非线性Backstepping主动悬架控制

为了提升车辆的乘坐舒适性,降低在恶劣道路环境下悬架撞击限位块的概率,建立七自由度非线性主动悬架模型,采用滤波技术对主动悬架控制器进行优化研究。构建线性滤波Backstepping主动悬架控制器,对其进行零动态特性分析,以保证系统的稳定性。针对此类控制器不能调节低通带宽从而无法实现根据车辆运行工况对控制目标进行调整的缺陷,构建滤波参数可调的非线性滤波控制器,通过对低通范围的自适应调节,实现对悬架动挠度及车身加速度均衡控制。通过对正弦路面和随机路面进行仿真分析,对比研究自适应滤波、线性滤波主动悬架及被动悬架加速度参数及右前车轮悬架动挠度,分析其对车辆舒适性和操纵稳定性的影响。研究结果表明:在小激励时基于线性滤波及非线性滤波的主动悬架减振效果相似,相比被动悬架可以将加速度参数降低80%以上;在大激励极限工况时,线性滤波控制器对加速度参数的改善更加显著,而非线性滤波控制器降低了悬架动挠度。对比车轮动位移参数可知,主动悬架2种滤波器皆有效降低了轮胎脱离路面的概率。基于自适应滤波的非线性Backstepping控制是提升车辆舒适性和操纵稳定性的有效方法。

九自由度乘坐动力学模型的人体振动特性仿真

为高效预测动态环境下人-车系统的人体振动响应特性及汽车乘坐舒适性,依据人-车-路系统间的相互作用和多体动力学原理,建立了9自由度汽车乘坐动力学模型,应用拉格朗日原理推导了乘坐动力学方程。基于路面不平度激励及汽车行驶速度变化,构建了路面随机激励的时域模型。利用MATLAB/Simulink仿真工具,建立了人-车-路系统仿真模型,并对某轻型车辆在不同路面、不同车速下的人体振动响应进行了仿真分析。仿真结果表明:在同样车速下,随着路面等级的降低,人体各部位的加速度响应幅值明显增大;当车辆行驶在随机路面上时,路面不平度随机激励引起的人体振动能量主要集中在低频段,约在5Hz出现第1阶共振频率,大约在10Hz出现第2阶峰值,这与众多试验结果一致。可见,9自由度汽车乘坐动力学模型及其仿真模型,不仅能快速计算动态激励下人体的振动特性和乘坐舒适性,而且具有较好的可信度。