3轨式横向对称分布6-PSS并联机构及性能优化

针对多滑块共轨式6-PSS并联机构存在的姿态工作空间小、容易奇异等问题,课题组提出一种3轨式分布的6-PSS并联机构(P为移动副,S为球副)。该并联机构杆件长度和轨道间距呈不均匀布置,以提升姿态工作空间;采用闭环矢量法进行位置分析,通过极限边界搜索法求解工作空间;基于运动/力传递指标对机构性能进行评估,并采用性能图谱法基于全域指标GTI进行机构尺寸优化。结果表明优化后机构运动/力传递性能有显著提升,同时姿态工作空间也得到提升。该机构在工程上有一定的实用性。

基于BiLSTM-LSSVM的螺杆转子铣削加工廓形预测

针对螺杆转子盘铣刀加工过程中的轮廓预测问题,提出了基于双向长短时神经网络-最小二乘支持向量机(BiLSTM-LSSVM)的螺杆廓形预测方法。首先,对加工过程中的振动信号进行采集并进行降噪预处理,降噪后的信号进行降采样处理随后输入BiLSTM中进行时序预测;其次,对时序预测后的信号进行特征提取,将提取后的特征向量输入LSSVM进行廓形预测;最后,以五头螺杆为例通过正交实验对BiLSTM-LSSVM模型进行试验验证,并对预测廓形进行误差补偿实验。实验结果表明,提出的基于BiLSTM-LSSVM的螺杆廓形预测模型可对螺杆转子盘铣刀加工螺杆廓形进行准确预测,进而为螺杆转子加工廓形补偿提供支持。

直驱型机电作动器建模与动态特性分析

机电作动器作为飞行控制系统的关键执行机构,其性能对系统输出动态响应具有重要影响.根据直驱型机电作动器的结构组成,建立包含永磁同步电机控制和行星滚柱丝杠非线性因素的系统仿真模型.研究了“i_(d)=0”电流矢量控制下的系统阶跃响应,结果表明:基于永磁同步电机三闭环伺服控制策略的系统在不同位置阶跃信号指令下均具有良好的动态性能.通过与文献的对比,表明该控制策略下的机电作动器仿真模型有效.

采用单分类方法的行星滚柱丝杠故障检测

针对行星滚柱丝杠(planetary roller screw mechanism,PRSM)在实际应用中故障机理不明和故障种类少,难以有效进行故障决策这一现存问题,提出采用单分类模型——深度支持向量数据描述(deep support vector data description,deep SVDD)进行故障检测,判断PRSM是否处于正常状态。首先,在PRSM试验台上采集正常状态、润滑失效和滚柱一侧断齿3种状态的振动信号;其次,对数据进行归一化并通过窗口裁剪的方式进行数据增强,以扩充样本数量;然后,通过小波包变换对信号进行分解,以初步提取数据的特征;最后,利用deep SVDD实现PRSM故障检测,同时与单分类支持向量机(one-class support vector machine,OCSVM)和支持向量数据描述(support vector data description,SVDD)方法进行对比,结果表明,deep SVDD具有更好的分类能力和较高的训练效率,较为适合实现PRSM故障检测。

基于逆雅可比矩阵的三转动弱耦合并联机构构型综合

为获得承载能力大且容易控制的三转动并联机构,本文以逆雅可比矩阵中奇异向量的含义为切入点,将机构的运动耦合性与驱动力螺旋之间的空间几何关系建立联系,进而提出一种三转动弱耦合并联机构构型综合方法。首先,根据机构不同方向运动耦合性需求,构造逆雅可比矩阵,并以此推导各支链中驱动力螺旋需满足的空间几何条件;其次,根据驱动力螺旋与被动副运动螺旋之间的关系及约束螺旋与所有运动副运动螺旋之间的关系,得到支链中运动副的类型和布置条件,并对驱动副为机架副的支链进行了综合;进一步,制定了支链的选取和组合原则,基于上述原则,完成了三转动弱耦合并联机构构型综合;最后,通过对3个实例进行运动耦合性分析,验证了所提方法的正确性。

特殊复合球铰3-RPS并联机构及其连续刚度模型

采用矢量微分法研究了在大载荷作用下,兼顾支链和铰链刚度以及雅克比矩阵变化等影响因素的3-RPS并联机构完整连续刚度模型.基于螺旋理论分析了3-RPS并联机构支链及铰链构件所受作用力与机构外载荷之间的力平衡关系.采用矢量微分法分析了3-RPS并联机构动平台位姿变化与支链及铰链构件变形之间的关系.采用矢量微分法对机构的力学平衡方程进行微分,建立了完整的连续刚度模型,最后进行了数值模拟分析,结果表明并联机构刚度受载荷和位姿变化影响,简化刚度模型与完整刚度模型在工作空间边界处差值较大.

用矢量代数研究三螺杆泵转子齿形

螺杆泵的转子型线比较复杂,其基本齿形采用多种摆线,转子型线方程的推导方法有多种,如解析法、几何法等。用矢量代数推导<135>型三螺杆泵的转子齿形型线方程,包括理论齿形和修正齿形型线参数方程以及参数值范围的完整推导过程,对中间过程和相关概念给出了必要的解释。对比其他方法,用矢量代数进行型线推导,方法简单,过程清晰,便于工程技术人员理解和运用。

对偶四元数更新算法在划船运动下的优化设计

适合于计算机执行的对偶四元数更新算法是实现对偶四元数捷联惯导系统功能的关键。为此,将螺旋矢量作为工具,在给出螺旋矢量求解方法的基础上,通过分析合理选择划船运动作为测试条件,以二子样为例对基于螺旋矢量的对偶四元数更新算法进行优化设计。与传统的划船误差优化补偿算法在性能上进行分析与对比,结果表明,对偶优化算法具有一定的性能优势,它不但从结构上将旋转运动与平移运动统一表征,而且使2类运动参数的估计精度达到一致最优。

并联六自由度运动平台螺旋理论的研究

本文应用螺旋理论对飞行模拟器用液压六自由度并联运动平台进行了理论分析和公式推导,给出了在工程已知条件下的平台的加速度、速度的螺旋运动方程正逆解的表达,并在考虑工程实用性及可行性的基础上剖析了应用螺旋理论分析六自由度并联平台的发展前景,并得出了一些有益的结论。

基于空间向量的三维基准转换模型

从空间几何角度出发,利用空间向量的关系研究坐标转换,提出一种新的三维基准转换模型。通过模拟算例和在工程中的实际应用证明:该模型不受坐标转换旋转角大小的约束,能适用于任意角度;计算结果可靠,精度较高,与现有模型相比,有着简便、效率高的特点。

螺旋矢量的优化算法设计

对偶四元数是统一描述一般性刚体运动的最简洁和最有效的数学工具,它的更新计算需要利用没有冗余约束的螺旋矢量来实现。螺旋矢量微分方程与旋转矢量微分方程具有相同的结构形式,借鉴后者的优化求解方法,设计了螺旋矢量的优化算法求解方案。选取经典螺旋运动作为运动环境,分析不可交换性误差产生的原因,在定义了误差准则的基础上,推导了螺旋矢量优化求解过程,求出了各子样优化算法的系数。结果表明,螺旋矢量优化算法系数的对偶部为零,实部与相应子样数旋转矢量优化算法的系数相同,验证了公认观点的正确性。

基于旋量理论的空间机器人动力学建模研究

在旋量理论和Kane方程的理论基础上,将旋量理论和Kane方程相结合,找到理论的结合点——偏速度,即雅可比矩阵,引入了偏速度旋量的概念;介绍了求解机器人雅可比矩阵的新方法——将矢量积和旋量理论相结合的方法,推导出了基于旋量理论的Kane动力学方程。

基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失诊断研究

滚珠丝杠副预紧力丧失将导致机床进给精度及加工质量受到显著影响,实时监测滚珠丝杠副预紧力的变化并对其健康状态作出诊断具有重大意义。提出了一种将EMD(Empirical Mode Decomposition)与MSE(Multi-Scale Entropy)相结合的信号处理方法进行预紧力丧失的故障诊断;设计了一种新型双螺母预紧力调节装置,用于采集不同预紧力水平下的螺母振动信号,通过EMD分解得到振动信号第一特征频率附近的IMF(Intrinsic Mode Function)分量,接着计算该IMF多个尺度下的熵值,分别以多尺度熵值与第一特征频率为特征向量建立BP神经网络进行预紧力丧失的诊断。诊断结果表明,以多尺度熵作为故障诊断特征向量时,神经网络的诊断正确率相比后者提高了50%。研究结果可用于基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。

空间不同几何条件下螺旋系相关性的研究

采用射影几何理论讨论了在三力三偶、四力二偶及五力一偶的情况下螺旋系的相关性。利用Klein映射表示法,通过齐次Plücker坐标将P3中的线映射为P5中的点,来确定螺旋系的相关性,给出了相关性的判据,并列出了在空间不同几何条件下螺旋系相关性列表。研究结果对并联机器人自由度的确定、主动输入选择等运动问题均有重要意义。

矢量推进解耦球面并联机构动力学研究

为实现水下机器人的矢量推进,提出了一种2自由度解耦球面并联机构。基于螺旋理论计算了机构的自由度,分析了机构的运动学,获取了机构的运动学正逆解。利用一阶运动影响系数法推导出了机构的雅可比矩阵,并在旋量形式的牛顿-欧拉方程基础上,运用船舶水动力学的螺旋桨推进理论,建立了机构的动力学方程,并给出了相应的数值算例。

基于超球面支持向量机的丝杠故障诊断技术

针对高档数控机床丝杠故障样本不易获取以及样本分布不均的问题,提出了一种用小波包分解和超球面支持向量机进行分类的丝杠故障智能诊断技术。该方法将振动信号小波包分解后的频带能量作为特征向量,输入到超球面支持向量机分类器进行故障识别。通过改变相关参数,研究了模型参数选择在构造超球面支持向量机中的重要作用。试验结果表明,建立的超球面支持向量机模型能够有效地对机床丝杠故障进行诊断。

基于旋量和自运动的七自由度机械臂逆解算法

针对七自由度机械臂运动学建模及运动学逆解求解问题,首先,基于SolidWorks建立七自由度模块化机械臂模型,采用旋量法建立机械臂正运动学方程。然后,采用矢量法和位姿分离法两者结合求解机械臂逆解。最后,在MATLAB软件编制逆解程序,得出机械臂8组逆解,将8组逆解代入正运动学方程,并在Robotics Toolbox中进行仿真,便可得到八组逆解的机械臂末端位姿。仿真结果验证了运动学建模的正确性,同时表明该逆解算法能够准确清晰表达八组逆解的几何意义,降低了运算过程,使机械臂逆解求解更加简明,为后续机械臂动力学研究和轨迹规划提供研究基础。

基于LS-SVM的螺旋定量加料预测及试验研究

为提高螺旋定量加料性能,开展了智能预测技术对加料量准确性的影响研究.针对考虑螺旋速度和填充率等因素对螺旋不连续定量加料的影响难以用精确数学模型来描述加料量的问题,以螺旋加料装置为研究对象,加料量为预测目标,螺杆旋转角度为主影响因子,螺旋速度和填充率为影响因素,建立了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)与旋转角度的加料量预测模型,研究加料量与主影响因子和影响因素之间的复杂非线性关系.采用交叉验证方法辨识模型参数,开展螺旋不连续定量加料量预测与实际加料试验.结果表明:该模型的预测结果与设定值较吻合,优于理论估算和BP神经网络预测模型,采用分料装置填充率接近1时,预测误差平均为±0.02.该模型可应用于螺旋不连续定量加料的预测与控制.

混合螺旋系线性相关性的一般性判据

采用线性代数的矩阵变换理论,推导出混合螺旋系线性相关性的一般性判据。该判据把复杂且难以判别的混合螺旋系相关性问题转化为判别三维自由矢量的相关性问题,无需复杂的数学运算,仅需简单的观察推理,即可完成复杂混合螺旋系线性相关性的判别。运用该判据研究了三力线矢三力偶所组成的混合螺旋系的线性相关性。

永磁交流同步电机驱动的电动螺旋压力机研究

转矩的快速响应和稳定输出是电动螺旋压力机稳定运行的关键。本文介绍了齿轮传动的电动螺旋压力机工作原理,讨论了永磁交流同步电机矢量控制技术的基本原理,提出了大功率永磁交流同步电机驱动的电动螺旋压力机交流伺服系统控制方案。通过实验,显示了其在转矩控制方面的优越性能,并有效控制了电机的启动电流和温升,实现了电动螺旋压力机的长期稳定运行。所研究的成果已应用于实践。