机器人转动惯性张量的坐标变换

转动惯性张量是机器人动力学计算中的一个重要的物理量,本文用严格的数学方法推导并证明了一个刚体在两个共原点坐标系间转动惯性张量的变换公式,从而得出刚体从某一特定坐标系中的转动惯性张量来计算其它共原点坐标系中转动惯性张量的计算方法.

惯性张量的物理意义

惯性张量是较难理解的概念．本文用较清晰的 物理思路详细讨论了惯性张量的物理意义，并对惯性 积作较深入的分析．同时讨论了惯性张量与转动惯量 的区别和联系．

惯性矩与惯性张量的关系

文章分析了惯性矩与惯性张量的联系和区别,指出惯性矩与惯性张量应是两个不同的物理量。

结构突变飞行器惯性张量矩阵的一种对称表示方法

用四元数和与四元数乘积的矩阵表示形式结构相似的矩阵 ,针对结构突变飞行器固连坐标系有平动和转动的情况 ,推导了惯性张量矩阵的变换关系。其优点是排除了复杂的三角函数计算 ,结构对称 ,易于在计算机上实现。

计算转子惯性张量的节点分析法

文中对梯形单元法作了改进，提出了一种计算转子惯性张量的多边形节点分析法。对于任意形状的旋成体，只须标出子午截面上节点的座标和材料密度，即可由文中编制的微机程序算出系统的总质量、形心位置和惯性张量。

惯性张量及其特征值

在研究刚体定点转动中,若能求出刚体的主惯量及惯量主轴方向,将使求解大大简化。来文就如何求惯量主轴及主惯量介绍了两种方法。

利用手机传感器测定刚体的惯性张量

利用手机陀螺仪传感器和phyphox软件,记录手机在空中自由旋转时的角速度曲线,根据质心系中的总角动量和机械能守恒,可以确定手机惯性张量的相对值.在惯性张量的非对角元素为零的假设下,得到了对角元素相对值的解析表达式.如果考虑非对角元素,则可以用梯度下降算法求解,将结果代入欧拉动力学方程,验证了其正确性.

惯性张量平移和旋转复合变换的一般形式及其应用

在汽车等工业领域中包含多个复杂子系统,需要将不同子系统的惯量进行合成。基于实物测量的方法对测量设备要求较高、周期长、成本高,基于CAD测量的方法对模型完整度要求高、实时性差,基于现有的理论变换方法难以求解同时包含平移和旋转的复合变换。为此,从惯性张量和位置矢量的坐标变换关系出发,采用矩阵变换推导出了惯性张量分量矩阵平移和旋转复合变换的一般形式,进一步完善了理论变换方法,同时解决了惯性矩和惯性积的坐标变换问题,给出了变换关系中各项的物理意义,讨论了在不同简化条件下的理论结果。为验证推导的理论方法的有效性,分别采用该理论方法和CAD软件测量方法对包含三个组件的某系统的惯性矩、惯性积进行了合成,算例结果表明理论方法与CAD软件的测量结果一致,充分验证了推导的理论方法的有效性,相关结果可实现工程中多组件复杂系统惯量的快速合成,具有一定理论意义和工程使用价值。

惯性张量分析在涡旋压缩机振动优化中的应用

本文分析了基于离心力和力矩平衡计算的涡旋压缩机振动的优化和控制方法,以及在平衡控制中的关键因素和相关结论.在此基础上,作者引出了动能、转动惯量和惯性张量的概念,并分析了它们之间的联系和相互关系,并得出了惯性张量可以作为涡旋压缩机的振动优化的指标.最后,作者介绍了如何用PTCCreo通过惯性张量来优化涡旋压缩机的振动.

对称裂变中惯性张量的计算

为了研究核裂变动力学,在假设核是无旋、不可压缩的液滴情况下,采用两参数的广义卡西尼卵形线液滴模型计算了对称裂变中惯性张量.

基于LSTM的空间机器人系统惯性张量在轨辨识

在空间机器人抓捕目标的过程中,整个系统的惯性张量会随时间变化且在目标被捕获瞬间发生突变,这会严重影响整体姿态控制的精度。针对以上问题,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)的系统惯性张量在轨实时辨识方法。首先,对于目标捕获前后的2个阶段,利用拉格朗日方程建立了空间机器人的动力学模型;然后,基于所建空间机器人模型采用域随机化方法生成足量训练数据,并用其对由LSTM网络与多层全连接网络构建的参数辨识网络进行训练;最后,使用训练好的参数辨识网络对系统惯性张量进行辨识。数值仿真结果表明:所提方法能够精确辨识空间机器人抓捕过程中的系统惯性张量,所研究系统的主惯量平均相对辨识误差小于0.001,惯性积的平均相对辨识误差小于0.01。

转动惯量的任意轴定理

利用刚体转动惯量一般定义形式，经过一系列推导，证明出刚体对任意轴转动惯量定理．由此得到特殊形式的平行轴定理，垂直轴定理及广义垂直轴定理．并通过实例说明此定理在应用上简便。

充液航天器质量特性计算方法研究

充液航天器的质量特性对飞行动力学建模和控制设计有着重要影响。质量特性测量装置通常只能测出干重状态下航天器的质量特性,而充液状态下的航天器质量特性只能靠计算给出,其中如何计及各贮箱内液体的惯性张量是此类工程计算的难点。首先采用势流理论推导了任意形状贮箱内液体质量特性的一般表达式,包括全充液情况和部分充液情况,其中对部分充液情况考虑了自由液面小幅晃动的影响;然后采用三维有限元方法建立了液体质量特性的数值计算方法,并通过一个验证算例确认了该计算方法的有效性;最后应用该方法计算了一个充液航天器的质量特性,并研究了不同的液体处理方法对计算结果的影响。研究表明,工程上通常采用的“固化液体”处理方法所计算出来的转动惯量明显偏大,而所提出的计算方法具有更好的理论正确性和工程适用性。

三轴气浮平台质量特性对调平衡影响的研究

建立了三轴气浮平台的动力学模型,通过运动仿真分析,研究了质心位置、转动惯量和惯性张量对台体平衡状态的影响。提出了动力学反演计算质心位置和惯性矩阵的计算方法,推导了计算公式。提出了调节质心和计算惯量矩阵相结合的方法。对仿真结果的计算以及实验数据表明,此方法可减小惯性矩阵测量误差带来的影响,使质心逐步接近于转动中心。

人体惯性参数的研究与计算

随着运动生物力学研究的深入,建立一套正确完整的人体惯性参数的工作显得越来越重要了。国外对这问题曾作了多方面的研究,弗舍尔和松井秀治建立了一套人体质量数据(至今仍被我国生物力学界广泛采用)。

自动倾斜器不旋转环操纵机构等效并联机构尺寸优化分析

对直升机自动倾斜器不旋转环操纵机构的等效并联机构——1-RRS-3-SPS-1-PS机构进行机构位形分析,利用虚设机构法求出机构的影响系数矩阵,采用影响系数法和微分法分别求出机构的输入速度和输入加速度仿真曲线,验证了影响系数矩阵的正确性。同时利用速度、加速度和惯性力等全域性能指标,在同时考虑到机构杆件的尺寸、质量等因素情况下,分析1-RRS-3-SPS-1-PS机构的动力学性能,绘出上述指标的性能图谱,得到该杆件尺寸和动力学性能的关系变化趋势,同时也得到了所讨论的机构范围内性能较好的机构尺寸。利用Matlab软件对机构进行实体仿真,验证了速度、加速度和惯性力全域性能指标理论的正确性和可行性。

刚体动能的一种计算方法

根据克尼希定理和刚体转动的有关理论,导出了由关于质心对称的任两对称点的速度来计算刚体动能的一种算式,并用两个算例说明了该式的优越性。

长期极移与冰期后地壳反弹理论

基于冰期后地壳反弹理论，采用地球上4个最大冰帽的参数，计算了最近21000年以来冰帽的融化对地球惯性张量的影响，得到理论的长期极移方向为西经74°2。现代空间测地技术的观测结果表明，北美板块不存在明显的北向运动，所以国际上9个纬度观测序列的平纬近80年的长期变化存在着随经度的系统性分布尚不能得到很好解释。因此，现代纬度变化研究结出3－4mas／a的长期极移结果有待进一步证实。

分导飞行器质心突变过程的稳定控制研究

采用单位四元数方法建立了分导飞行器姿控系统的数学模型,对于飞行器在分导过程中出现的质心突变和惯性张量的变化进行了描述.基于Lyapunov方法给出了使闭环系统全局渐进稳定的控制律,特别考虑了惯性张量矩阵的时变特性和不确定项对于姿态系统稳定性的影响,给出了相应的控制器设计方法.对飞行器的大姿态转动及质心突变过程进行了非线性仿真.仿真结果表明,提出的控制方案可以实现对于分导飞行器质量剥离段和大角度姿态调整段的全局镇定,整个分导过程中姿态变化平稳,同时满足了对于控制力矩大小和变化率的要求.