基于广义坐标形式牛顿-欧拉方法的3SPS+1PS并联髋关节试验机动力学研究

针对并联髋关节试验机的核心模块-3SPS+1PS并联机构,基于广义坐标形式的牛顿-欧拉方法,建立系统动力学方程,并利用MATLAB软件进行仿真分析。结果表明:在Z轴方向上,动平台上球副所受约束力最大,并且远大于Z轴方向上的约束力。另外,在0.3s和0.7s左右两个时刻,球副处的约束力及主动支链的驱动力发生突变,这是因为机构在两个位置时发生正、逆转。

基于牛顿－欧拉方程的固流耦合模拟

依据牛顿-欧拉方程,结合力矩和表面张力理论,设计了一组新的基于网格的水波-物体交互方程,模拟了由点波源引起的水波运动,以及水和固体共同存在时,二者之间的相互作用影响各自的运动状态。详细分析了在这种固流耦合情况中,水波遇到障碍物引起的波纹的变化,以及物体在网格力和转动力的作用下,运动状态随位置、能量和时间改变的变化规律,其中还考虑了表面张力对物体运动状态的影响。从实验效果图看,水波和物体的运动都较为自然真实。

飞船舱-伞系统稳降阶段动力学模型的建立

建立一种思路清晰、求解方便易行的降落伞-返回舱系统的动力学模型是研究降落伞-返回舱系统动力学特性的基础。文章从一般刚体动力学方程入手,结合刚体的运动学方程,建立了稳降及着陆阶段舱-伞系统的动力学模型,并与空投试验的一些测试曲线进行对比,证明了本模型的正确性和有效性。

新型3-CPS／RPPS机构的动力学分析

多自由度并联机构在各工程领域有着广泛的应用背景。在补充新型3-CPS/RPPS机构运动学中速度分析和加速度分析的基础上,以牛顿-欧拉方程为主要工具,对动力学反向问题进行了基础的理论研究和分析,以Pro/E动力学分析工具辅助完成了动力学正向问题。并在分析过程中,对比了传统Stewart平台和该新型串并机构。该分析方法和流程对多自由度机构研究提供借鉴和参考。最后通过对大型射电望远镜中主动面板的误差敏感分析,指出了该机构部分运动解耦的优势及其应用前景。

上肢康复机械臂运动学和力学模型建立与分析

针对传统康复机械臂存在的适配人体上肢自由度低、便携性较差、左右肢体互换困难等问题,提出一种9自由度的便携型上肢康复机械臂,满足偏瘫患者的训练需求。运用Matlab建立DH坐标系和运动学模型,通过蒙特卡洛法获取康复机械臂的三维空间点云图,验证其工作空间的合理性。基于牛顿-欧拉和拉格朗日方程对上肢康复机械臂进行动力学建模,推导了上肢康复机械臂力矩计算公式。将Adams动力学仿真与理论公式计算获取的各关节力矩值进行对比分析,计算两者之间的误差。实验结果表明,理论力学公式计算结果与Adams仿真结果误差值在0.1 N∙m以内,各关节的误差均在5%以内。实验结果验证了理论力学公式的正确性,为后续控制系统的建立和实物样机的制作提供了可靠的理论依据。

无人机伞降回收十二自由度模型建立与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直处于一种动平衡的状态,因此两者间约束关系的处理将是伞降回收动力学建模的难点。为了解决该问题,将无人机伞降回收系统划分为降落伞、吊带和无人机三部分,通过吊带连接点的速度关系得到吊带伸长量,通过弹性系数与吊带伸长量的乘积得到吊带拉力,并将其分别施加于降落伞和无人机系统,最终基于牛顿-欧拉方程建立了无人机伞降回收系统十二自由度模型,其中采用ONERA方程建立无人机由前飞过渡到稳定下降阶段的非定常气动力模型。通过数值仿真与实验数据对比可以发现:十二自由度模型和实验数据的结果一致,验证了该模型的准确性。十二自由度模型相比于六自由度模型精度更高。文中所建模型可为无人机伞降回收系统中降落伞的选取、无人机着陆点的确定提供参考。

下肢外骨骼机器人动态建模与步态跟踪LQR控制

针对下肢外骨骼机器人步态轨迹与参考轨迹存在较大跟踪误差的问题,提出一种线性二次型调节器(LQR)控制方法来取代常规PD控制。根据牛顿-欧拉方程和系统参数辨识,建立人机一体化的下肢外骨骼机器人系统的动态模型,并进行LQR控制参数设计和稳定性分析。仿真和实验结果表明,基于LQR控制的下肢外骨骼机器人能很好地跟踪步态参考轨迹,误差比PD控制更小。上述建模方法和控制策略有效,为下肢外骨骼机器人的研究和设计提供参考。

悬挂式Stewart平台的稳定性分析

为了满足大射电望远镜馈源平台的工作要求,从铰链点约束力的角度出发,研究了一种基于Stewart平台结构的六自由度主动减振系统的稳定性。首先在牛顿-欧拉方程基础上,提出了一种求解逆动力学问题的算法;采用该算法,定量分析了约束合力及合力矩与构型的关系。结果表明,在同样激振作用下,存在使机构获得较好稳定性的构型;最后给出了三种构型的机构稳定性实验结果,得到了与理论分析一致的结论。为同类机构的优化设计提供了动力学分析方法。

四旋翼飞行器姿态控制建模与仿真

四旋翼飞行器是典型的欠驱动、非线性、强耦合系统。其姿态控制精度和抗干扰问题一直是研究热点之一。为了实现小型低成本四旋翼飞行器姿态准确控制,详细分析了四旋翼飞行器受力情况,利用牛顿-欧拉方程建立了四旋翼飞行器非线性动力学模型,针对四旋翼飞行器在实际飞行过程中经常会遇到阵风、气流等不确定外界干扰,设计了基于小扰动的PID控制器,并通过对俯仰通道、横滚通道、偏航通道MATLAB/Simulink仿真模型进行仿真测试和结果分析。结果表明:所设计控制算法能够满足四旋翼飞行器姿态控制要求,并具有较好的抗干扰性能。

基于模糊自适应PID控制的六旋翼飞行器稳定性控制（英文）

介绍了六旋翼飞行器的运动方式,根据牛顿-欧拉方程完成动力学模型的建立。依据模糊控制的相关理论以及模糊自整定PID控制器的设计过程,完成了基于模糊自适应PID算法的控制器的设计。通过对自适应模糊PID控制器进行Matlab/Simulink下的系统仿真分析,得出所设计的控制器能够较好的完成悬停任务,实现对飞行器的稳定性控制。通过试验验证了六旋翼飞行器的控制稳定性。

基于Matlab的机器人建模与动力学仿真

在牛顿-欧拉方程的基础上对考虑摩擦力时机器人动力学方程进行了研究,并用Matlab编写了机器人动力学正问题和逆问题的求解函数,可计算通用串联机器人在有摩擦力与机械臂有无外力干扰情况下的动力学正问题和逆问题。并用Matlab开发了建立通用机器人的三维模型及其动力学仿真平台。以MotomanHP6机器人作为算例进行了动力学仿真,并绘制出关节力矩和位置在有/无摩擦情况下的曲线图。

装载机工作装置的模型与自适应迭代学习控制

在理想情况下用牛顿-欧拉法建立装载机工作装置的二自由度动力学模型,考虑实际情况中存在的建模误差和扰动干扰,设计自适应迭代学习控制器对其进行轨迹跟踪控制研究,基于Lyapunov函数证明了跟踪误差的稳定性和收敛性,在matlab环境下对所设计的控制器进行仿真研究。仿真结果表明,所设计的控制器对装载机工作装置有极好追踪效果,验证了该算法的可行性与有效性。

平行连杆式操作机悬挂系统刚度与阻尼参数研究

为合理设计操作机悬挂系统的缓冲装置以减小惯性冲击的影响,针对平行连杆式锻造操作机,简化了设备模型,分析了制动工况下悬挂系统各杆件的受力状态和运动规律,并利用牛顿-欧拉法综合各杆件的动力学分析,建立了悬挂系统在制动时的动力学模型,提出了缓冲装置刚度及阻尼参数确定的思路。以300kN锻造操作机为例,在MATLAB中求解操作机悬挂系统动力学微分方程,分析了缓冲刚度、阻尼对吊杆摆角、钳杆质心运动规律的影响。结果表明,利用牛顿-欧拉法建立模型确定缓冲刚度与阻尼参数的方法是可行的与合理的,从而为平行连杆式操作机悬挂系统缓冲装置的刚度与阻尼设计提供了理论依据。

基于Matlab的打磨机操作臂的动力学仿真

运用Matlab中的Robotics Toolbox建立打磨机操作臂的动态模型,分析操作臂末端执行器运动轨迹,并研究其各关节在外力作用下速度的变化,从而实现对操作臂动力学特性的分析与仿真,为操作臂的实际加工制造提供强有力的依据。

基于极值搜索算法的多旋翼无人机姿态稳定控制

由于受到干扰因素的扰动作用,导致无人机的状态会发生一定的波动,为此,提出基于极值搜索算法的多旋翼无人机姿态稳定控制方法研究。利用牛顿-欧拉方程分析无人机动力作用机制,充分考虑不同姿态下的多旋翼无人机角速度参量,将参数输出状态与目标状态之间的偏差作为无人机稳定控制的目标参数。以代价函数为约束,利用极值搜索算法计算得到多旋翼无人机稳态下的控制参数,完成姿态稳定控制。测试结果中,在设计控制方法下,无人机横滚轴、俯仰轴、偏航轴欧拉角的偏差情况分别稳定在3°、3°和4°以内,具有较高的稳定性。

双非线性隔振器的双层隔振系统模型的建立

冲击引起的振动与波是舰船破坏的主要原因之一。采用空间多刚体动力学基本理论,建立非线性双层抗冲隔振系统的数学力学模型,推导出适用于一般的双层抗冲隔振系统的牛顿-欧拉方程。然后以一个水泵设备的双层抗冲隔振的例子进行数值计算。

平面3R操作臂动力学分析

操作臂是搬运机器人的关键部分,机器人作业主要依赖于操作臂的运动。针对采用D-H法建立运动学模型的平面三自由度旋转关节操作臂,在其运动规划基础上应用牛顿-欧拉法求解动力学方程。该方法建立在相邻连杆之间约束力和力矩的分析之上,具有方便直观、易于迭代求解的特点。在求出动力学方程后,将操作臂设计方案初始参数带入方程,验证了方程的正确性,并利用MATLAB软件编程对操作臂进行动力学分析,为操作臂的设计和运动控制实现提供支持。

集装箱起重机模糊PID防扭控制研究

针对集装箱起重机吊具扭转影响吊运效率的问题,本文以RSH45S型集装箱吊具为例,首先基于牛顿-欧拉方程求解吊具位姿的动力学方程,其次设计模糊PID控制器,可实时调整控制参数,其输入信号为扭转角度的偏差和偏差率,最后研究了模糊PID控制对吊具扭转角度的影响。结果表明,在模糊PID控制下,吊具的最大扭转角度可减少15.3%,峰值时间减少75.7%,稳态误差减少16.4%,提高了吊装效率。此模糊PID控制方法为集装箱起重机的自动化控制设计提供参考和借鉴。

直接示教机器人的示教助力研究

传统的直接示教机器人在示教过程中需要人去克服机器人在运动过程中的重力、惯性力、离心力等,示教操作不灵活。基于机器人动力学研究了机器人示教时的助力控制方法。首先采用牛顿-欧拉方法建立了直接示教机器人的动力学模型,研究了机器人各关节的状态与力矩之间的关系,推导出机器人运动时各轴所需的力矩,并绘制了力矩曲线。然后,利用SolidWorks建立了机器人的三维模型,将该模型导入ADAMS,进行动力学分析与仿真。最后,将ADAMS软件的动力学仿真结果与建立的动力学模型计算结果进行了对比,力矩曲线基本一致,最大误差不超过11%。该动力学模型可以为机器人在各种位姿下进行助力控制提供计算依据,从而实现直接示教时的轻便灵活操作。

受电弓力学特性研究

北京赛德高科铁道电气科技有限责任公司,北京摘要:受电弓质量块模型对于改进受电弓的设计,提高受电弓的性能,具有重要意义。由拉氏方程推导受电弓的非线性运动微分方程并进行线性化,得出等效参数的函数表达式;同时应用牛顿-欧拉法对受电弓进行动力学建模。以某型受电弓为算例,对所建立的模型进行验算。研究结果表明,应用所建立的力学模型,对受电弓的设计具有指导意义。