柔性铰链机构与驱动器的耦合特性及精度分析

介绍了一种二维微位移工作台系统的工作原理 ,结合该工作台建立了柔性铰链机构与驱动器的机电耦合模型 ,利用卷积积分求出了其耦合响应 ,并分析了影响工作台定位精度的主要因素 。

单平行四杆柔性铰链机构刚度特性分析

柔性铰链是并联微动机器人的柔性关节,其刚度特性直接影响到微动机构的定位精度。根据材料力学能量法推导了圆弧型柔性铰平行四杆机构刚度的解析式,利用ANSYS软件对柔性铰四杆机构刚度进行了验证,有限元分析结果与解析式的计算结果基本一致;并分析了柔性铰平行四杆机构的结构参数对其刚度性能的影响,为柔性移动副设计提供了有价值的参考。

柔性铰链放大器的设计与加工技术

为弥补压电陶瓷微位移器件伸长量过小的缺陷，设计了一种结构紧凑、无传动间隙、无附加位移耦合的柔性铰链微位移放大器，以满足大行程纳米定位的需要．详细讨论了柔性铰链放大器的工作原理、设计方法和加工技术关键．

含非线性接触碰撞的大口径舰炮弹链柔性铰多体模型

针对某型大口径舰炮在供弹过程中因炮弹晃动过大引起的扬弹机卡弹问题,建立了含非线性接触碰撞、摩擦的弹链柔性铰多体动力学模型,采用递推的方法得到弹链的运动学和动力学方程,给出了柔性铰刚度系数、接触刚度系数分别按材料和接触表面特征计算的方法.在不同材料的弹筒以及不同片弹簧刚度系数下的计算结果表明,钢制弹筒比铝制弹筒能更好地限制炮弹晃动,增大片弹簧刚度系数可以减小炮弹晃动,但增加到某一数值后作用并不明显.研究为减小炮弹的晃动、提高某型大口径舰炮链式供弹平台供弹可靠性和安全性提供了理论依据.

直圆柔性球铰柔度矩阵的解析计算

基于线弹性和小变形假设理论,通过引入比例系数(直圆柔性球铰槽口间距与切割半径倍数之比)并利用其结构对称的特点,推导得到了形式较为简洁的直圆柔性球铰柔度矩阵各子元素的解析柔度计算公式。利用有限元仿真软件验证了所推公式的正确性,并绘制了相应的误差曲线。结果表明:当比例系数小于0.2时,直圆柔性球铰各柔度计算公式的相对误差限均在11%以内;随着比例系数的增加,除沿x向的拉压柔度C11误差较小外,其他柔度计算公式的误差均呈增加的趋势,最大误差为30%。实验结果显示理论分析与仿真结果基本趋于一致,验证了直圆柔性球铰各柔度解析式的正确性。本文的研究内容为直圆柔性球铰在实际应用中的结构设计和参数优化奠定了理论基础。

空间曲线切口式柔性铰的设计

为了满足精密仪器连接部件的柔度和强度需求,以切口曲线为二次曲面和圆柱面的相贯线的柔性铰为例,研究了一类空间曲线切口式柔性铰的设计方法。推导了此类柔性铰转动柔度的一般设计计算公式,分析了设计参数对柔度特性的影响,在此基础上提出了此类柔性铰的设计方法。依据提出的方法设计了空间曲线切口式柔性铰,并利用有限元分析方法对设计实例进行了柔度和强度校核,同时建立了模态实验系统识别其柔度。结果表明,两种柔度校核结果与设计计算公式结果吻合较好,最大误差不超过5%,验证了设计方法的有效性,为此类柔性铰应用于精密仪器的工程设计提供了参考。此外,文中给出的有限元建模分析方法以及试验测试方法也可用于相同类型的精密构件的力学特性研究与分析。

漂浮基带柔性铰空间机器人的动力学建模及奇异摄动控制研究

探讨了本体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基带一般柔性铰空间机器人的动力学建模与奇异摄动控制问题。结合系统线动量及角动量守恒关系,通过拉格朗日法建立了系统的动力学模型。为解除传统奇异摄动控制技术应用受关节柔性的限制,引入了一种关节柔性补偿器,以等效降低系统各关节铰的柔性。之后借助于奇异摄动理论,先后设计了漂浮基带柔性铰空间机器人关节空间、惯性空间期望运动轨迹跟踪的奇异摄动控制方案。该控制方案无关节柔性的限制,因此较适用于具有一般柔性铰空间机器人系统的控制。理论分析及仿真试验结果均表明控制方法可行。

柔性杆柔性铰机器人碰撞动力学建模与仿真

为了研究杆和铰的柔性对柔性多体系统碰撞动力学的影响,该文以高次刚柔耦合动力学理论为基础,对由n柔性杆和n转动铰构成的柔性机器人系统进行了碰撞动力学建模与仿真。考虑了柔性杆的拉伸变形、横向弯曲变形、扭转变形、铰的柔性效应和质量。采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论描述碰撞力。引入碰撞力势能,运用拉格朗日方程获得碰撞力所对应的广义力,得到了柔性机器人的碰撞动力学方程。编制了柔性杆柔性铰机器人含碰撞的全局动力学仿真软件。通过2个仿真算例分析了高次耦合和铰的柔性效应对柔性机器人系统碰撞动力学行为的影响,验证了该文方法的可行性。

基于柔性铰的弹链系统建模及仿真分析

通过分析弹链系统的拓扑结构,综合考虑相邻两链节铰接处的线位移和角位移,提出一种基于柔性铰的弹链多体模型.在ADAMS环境下,使用宏命令功能完成虚拟样机中链节、柔性铰和接触碰撞的自动化建模;合理设置弹链系统的仿真参数,完成弹链的动力学仿真.结合实际对得到的相关曲线做简要分析,得出相应的仿真结论,验证了基于柔性铰弹链模型的合理性与正确性,可以对弹链在运动过程中的振动和冲击问题进行很好的预测和分析.

圆弧型柔性球铰柔度设计计算

通过研究圆弧型柔性球铰的柔度性能,使该柔性球铰可代替传统的双轴柔性铰链应用于空间多自由度柔顺机构.根据《材料力学》中的卡氏第二定理,圆弧型柔性球铰柔度的解析公式被推导出,然后利用ANSYS12.0软件对其进行有限元分析,结果表明有限元分析与解析式的计算结果基本一致.通过改变圆弧型柔性球铰的各结构参数来分析其性能,得出各结构参数对其柔度的影响大小依次为:最小截面直径t、圆弧的圆心角θm、圆弧半径R、杨氏模量E.此设计计算和特性分析为柔性球铰在柔顺机构的应用提供了依据.

带有载荷的柔性杆柔性铰机器人刚柔耦合动力学分析

为了研究柔性机器人在做大范围运动时关节铰的柔性以及杆端载荷对机器人运动响应的影响,对带有载荷的柔性机器人进行了刚柔耦合动力学建模。将柔性铰的柔性简化为线弹性扭簧,计及柔性铰质量。考虑柔性杆横向弯曲变形和纵向拉伸变形,且在纵向位移中计及由于横向变形而引起的纵向缩短项,即非线性耦合变形项。采用假设模态法描述柔性杆变形,运用第二类Lagrange方程推导得到了带有载荷的柔性杆柔性铰机器人的刚柔耦合动力学方程。求解这组方程得到柔性机器人的动力学性态。将带有载荷的柔性杆柔性铰机器人与不带载荷的柔性杆柔性铰机器人对比发现,柔性杆末端载荷增大了系统的响应幅值,降低了响应频率。将柔性杆柔性铰机器人与柔性杆刚性铰机器人对比发现,铰的柔性作用同样使系统的响应幅值增大,响应频率减小了。

空间连杆引纬机构柔性铰间隙动态特性研究

为提升高速剑杆织机的运行效率,深入研究运动副间隙给空间连杆引纬机构运动输出带来的影响。首先,采用矢量法对空间连杆引纬机构进行运动学仿真,选择适合高速剑杆织机工况下的Lankarani-Nikravesh建模方法;其次,将计算得到的运动学参数与柔性铰碰撞力模型相结合,使用Newton-Euler方法对系统运动输出部分进行动力学分析;结合具体工程实例,求解不同间隙下系统的动态特性;最后,通过虚拟样机检测数据校核并与刚性铰间隙碰撞建模方法进行输出对比和误差分析。结果表明:间隙的增加会导致剑头加速度的剧烈波动,进而影响空间连杆引纬机构平稳接纬和剑头准确夹持纬纱;在间隙值为0.5 mm时,采用柔性铰方法能将剑头位移的峰值误差缩小69.4%,有效提升工作精度。

基于Karnopp摩擦的柔性滑移铰的建模与仿真

对含Karnopp摩擦的柔性滑移铰系统进行动力学建模和仿真.将滑移铰中的滑块视为柔性体,滑道视为刚性接触面,考虑滑道与滑块之间的间隙.由于柔性滑块与滑道的接触状态和摩擦情况比较复杂,采用有限元方法建立了柔性滑块的力学模型,基于罚函数方法建立含Karnopp摩擦柔性滑移铰接触力模型,通过试算迭代法判断柔性滑块各节点的接触状态,基于KED方法和Newmark方法给出了含该滑移铰机械系统动力学方程的数值算法.最后,以含Karnopp摩擦的柔性滑移铰和驱动摆杆构成的机械系统为例进行动力学仿真,分析了其动力学特性,验证了本文给出的方法的有效性.

倒圆角直梁型柔性球铰柔度计算与分析

柔性铰链广泛用在微动机器人的关节,其柔度性能直接影响微动机器人的终端定位。以材料力学卡氏第二定理和微积分为理论基础,推导了直梁型柔性球铰柔度的解析公式,并利用ANSYS10.0软件对柔度公式进行校验,分析结果与解析公式的计算结果基本一致。分析直梁柔性球铰的性能,得出了结构参数对其柔度性能的影响关系,为柔性球铰的工程设计提供了参考。

某球铰式柔性导引仿真与优化

为降低航炮武器系统供弹阻力,根据某直升机武器平台特点,设计基于无链供弹原理的球铰式柔性导引。分析该球铰式柔性导引的基本结构和工作原理,建立闭合弹带在柔性导引中运动和受力情况的数学仿真模型,并根据分析结果对导引结构进行优化;通过试验测试该柔性导引在不同工作条件下运动阻力的变化情况,分析影响其工作性能的因素。结果表明:采用刚、柔结合的球铰式柔性导引能有效降低航炮武器系统供弹阻力,提高供弹可靠性。

柔性铰柔性杆机器人动力学建模、仿真和控制

本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响.首先,建立由n个柔性铰和n个柔性杆组成的空间机器人模型,运用递推拉格朗日动力学方法,得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程.在动力学建模过程中,除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响,还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响.其中,柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型,将柔性铰看成线性扭转弹簧,不仅考虑了铰阻尼的存在,还考虑了柔性铰的质量效应.其次,编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序,研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响.研究表明:随着柔性铰刚度系数的增大,柔性机器人的动态响应幅值减小,振动频率变大.随着柔性铰阻尼系数的增大,柔性机器人的动态响应幅值减小,振动幅值的衰减速度变快.可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动,因此铰阻尼的研究具有重要工程意义.最后,研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响.在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时,通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩.研究表明:引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小,对机器人控制的影响显著.

一种高轴向刚度三轴转动柔性铰的有限元分析与模拟

文中研究了一种高轴向刚度三轴转动柔性铰。提出了采用有限元技术对该柔性铰进行弯曲刚度、扭转刚度和轴向刚度分析的原理及方法。在此基础上,对高轴向刚度三轴转动柔性铰的各向刚度进行了有限元分析计算,建立了高轴向刚度三轴转动柔性铰的各向刚度随柔性铰关键结构参数变化的二次拟合方程。研究结果表明,高轴向刚度三轴转动柔性铰不仅各向弯曲刚度相等,而且具有较高的轴向刚度,能实现三轴转动。另外,各向刚度值随关键结构参数变化的二次拟合曲线和实验曲线的最大拟合误差不超过3.50%,各向刚度随柔性铰关键结构参数变化的二次拟合方程能准确预测柔性铰的各向刚度。该研究工作为高轴向刚度三轴转动柔性铰的开发与设计提供了一种有效的方法。

柔性铰机器人动力学仿真

考虑关节的柔性,把关节柔性简化成一个线性扭转弹簧。然后利用拉格朗日方法推导出完整的动力学方程。该方程有两组相互耦合的动力学方程组成,一组为通常的多刚体动力学方程,一组为铰柔性产生的动力学方程。并且利用了一个数值模拟例子研究了柔性铰对机器人动力学响应的影响。其中考虑了关节的柔性所产生的动力学方程更为精确,因此在机器人动力学建模和控制中要充分考虑到柔性的影响。

造船门式起重机柔性铰装置风险控制研究

主要介绍了造船用门式起重机柔性铰装置的主要型式和设计特点,结合实际案例分析了柔性铰装置损坏风险的原因和后果,通过进行风险分析,探讨了控制其风险的可行性。

一种造船门式起重机柔性铰更换方案设计

介绍了80 t造船门式起重机柔性铰更换方案,并对关键部件进行了计算分析,保证了方案的可靠性和安全性。柔性铰修复后排出了故障,运行平稳,达到了要求。此方案已成功应用在工程实践中,不仅节约了成本,而且大大缩短了维修工期,更换方案可为类似工程提供借鉴。