3T1R解耦并联机构动力学与惯量耦合特性分析

对一种3T1R解耦并联机构的动力学性能及其惯量耦合强度进行了分析。对机构进行运动学分析,给出了机构的位置正反解方程,得到动平台的雅可比矩阵,推导了机构各构件的速度、加速度;基于牛顿-欧拉法,考虑构件重力以及外负载,建立了机构逆向动力学模型,并用ADAMS软件进行了仿真验证;基于所建的逆向动力学模型,分析了加速度和动平台姿态角对支链驱动力的影响;基于关节空间的惯量矩阵,建立了惯量耦合强度评价指标,分析了其在工作空间内的分布规律,并与降耦前Quadrupteron机构的惯量耦合强度进行了对比分析。结果表明,结构降耦不仅降低了支链间的耦合强度,而且整个工作空间内惯量耦合强度的分布更为一致,提升了机构动态性能的各向同性。

3-PRS并联机器人惯量耦合特性研究

惯量是影响机器人动态性能的主要因素,并联机器人因其多支链耦合的结构特点,关节空间各驱动轴出现惯量耦合的动力学特性,在高速、高加速度运动时易引起控制超调、振动等现象,破坏机器人的动态性能,因此研究并联机器人惯量耦合特性具有重要意义.以3-PRS并联机器人为例,通过虚功原理求得惯量矩阵,提出惯量耦合指标,该耦合指标表征了并联机器人在工作空间不同位姿时各驱动轴的耦合惯量大小,并给出了该耦合指标在机器人工作空间内的分布规律.进一步在一台3-PRS并联机器人样机上进行了实验验证,结果表明耦合惯量会改变驱动轴负载,负载的改变将最终影响动态性能.同时各驱动轴的负载变化量随着惯量耦合指标的变大而变大,与理论分析有较好的一致性.研究成果可帮助评价并联机器人的动力学耦合特性,并可用于并联机器人的结构参数优化及伺服参数调试以提高机器人的动态性能.

三维转动装置惯量耦合和动力学耦合研究

在对对接全物理仿真试验台三维转动装置的惯量耦合和动力学耦合进行分析基础上,建立了相关数学公式.根据转动惯量与转角之间的关系,提出了一些减小惯量耦合的建议,为转动装置的设计提供了依据.通过算例说明,最大惯量耦合发生在基座上,为3%.根据欧拉方程,推导了转动装置各框架的动力学方程,为试验台动力学分析打下了基础.

机载光电平台转动惯量耦合自校正干扰抑制控制研究

针对机载光电平台两轴四框架结构框架间的耦合作用严重影响控制精度的问题,对各框架转轴转动惯量耦合关系进行了研究,对伺服系统控制器进行了改进设计。基于方向转移矩阵与框架间的耦合关系,建立了各框架转轴的转动惯量数学模型,并利用UG软件设计了机载光电平台框架间转动惯量耦合角度变化数据;同时,基于已建立的转动惯量数学模型,结合传统的干扰观测器,在速度控制环PI控制下实现了名义逆模型的实时校正,并设计了改进型干扰观测器。研究结果表明:所建立的转动惯量数学模型正确可靠;改进型干扰观测器能够更准确地估计出等效干扰,使控制回路能够更有效地进行控制。

三轴跟踪平台框架轴的惯量耦合特性研究

为了提高制导武器的目标捕获能力,基于刚体力学的相关理论及坐标变换矩阵对某导引头三轴跟踪平台框架间的惯量耦合关系进行了建模与分析。仿真实验结果证实内框架转角γ对中框架轴的耦合转动惯量产生的影响不会超过7×10-5 kg·m2;内框架转角γ和中框架转角β均会对外框架轴的耦合转动惯量产生影响,但影响最大不会超过1×10-4kg·m2。文中的研究为三轴跟踪平台的结构优化和控制系统的设计提供了方法依据。

3-PRS并联机构的动力学惯量耦合特性分析

针对3-PRS并联机构动力学惯量耦合特性的问题,在关节空间中建立了机构的动力学模型,对机构主动支链之间存在的惯量耦合进行了研究。首先,给出了机构的运动学模型,针对动平台广义位姿、速度、加速度存在耦合的问题,分别通过约束方程、一阶影响系数矩阵、二阶影响系数矩阵,对其进行了解耦,并建立了各支链与动平台末端速度、加速度的映射关系,对机构运动学进行了仿真验证;其次,采用虚功原理建立了机构的动力学模型,并进行了仿真验证;然后,建立了机构在关节空间的动力学模型;最后,在机构的工作空间内,研究了惯量耦合特性评价指标随机构运动的分布规律。研究结果表明:在机构的工作空间内,在一定程度上,通过合理规划机构的运动范围,可以减小并联机构主动支链间的动力学惯量耦合强度。

机载光电平台惯量耦合分析及动力学建模

机载光电平台为增加跟踪能力通常采用两转轴四框架结构,该结构内外框架间的连接较为复杂,框架间的耦合作用严重影响控制精度。本文结合方向转移矩阵推导出两转轴四框架结构的转动惯量耦合方程式,并建立各框架上对应转轴的转动惯量数学模型,极大程度上解决了各框架转轴转动惯量存在的耦合问题。结合建立起的转动惯量数学模型,推导出两转轴四框架结构的动力学数学模型。利用仿真软件模拟出两转轴四框架结构的仿真数据,对比建立的数学模型数据成功验证了模型建立的正确性。模型及仿真分析结果为两轴四框架光电平台的控制系统设计提供了依据。

智能网联汽车台架试验平动惯量模拟系统开发

为有效评价智能网联汽车性能,开发应用于智能网联汽车台架试验的平动惯量模拟系统。设计平动惯量模拟系统的机械结构和基于动态矩阵预测控制(dynamic matrix predictive control,DMC)的电惯量模拟控制策略,试验台采用机械惯量与电惯量耦合的方式实现汽车平动惯量模拟。通过限速标志识别及响应场景测试、人行横道线识别及响应场景测试验证平动惯量模拟系统的有效性。实车测试结果表明:电惯量模拟施加实际转矩能够有效跟随理论转矩,误差小于1 N·m,时间滞后约0.1 s,满足惯量模拟的要求。通过机械惯量与电惯量耦合的方式,可在测试过程中准确还原车辆在真实路面加速、减速和制动的行驶状态,实现了在室内试验环境下对智能网联汽车进行台架检测。

质量平衡原理在机械臂设计中的应用

机器臂的设计对机器人的操作性能具有决定性的影响,运用质量平衡原理,利用关节驱动电机自身的质量对自行研制的YJP 1型机器人的操作臂进行了优化设计,实验结果表明,该设计方法对减小机械臂动力系统的耦合惯量影响,减轻驱动电机负载具有良好的效果。

质量平衡原理在机器人机械臂设计中的应用

机器人的机械臂设计对机器人的操作性能具有决定性的影响,本文运用质量平衡原理,利用关节驱动电机自身的质量对自行研制的YJP-1型双臂冗余度机器人的操作臂进行了优化设计,实验结果表明,该设计方法对减小机械臂动力系统的耦合惯量影响,减轻驱动电机负载具有良好的效果。

Ultra-tight GPS/INS integration based long-range rocket projectile navigation method

Accurate navigation is important for long-range rocket projectile＇s precise striking. To obtain stable and high-per- formance navigation result, a ultra-tight global positioning system/inertial navigation system （GPS/INS） integration based nav- igation approach is proposed. The accurate short-time output of INS is used by GPS receiver to assist in acquisition of signal, and output information of INS and GPS is fused based on federated filter. Meanwhile, the improved cubature Kalman filter with strong tracking ability is chosen to serve as the local filter, and then the federated filter is enhanced based on vector sharing theory. Finally, simulation results show that the navigation accuracy with the proposed method is higher than that with traditional methods. It provides reference for long-range rocket projectile navigation.

4-R(2-SS)并联机器人机构积分指数自适应滑模控制研究

为实现4-R(2-SS)并联机器人机构的运动学高性能控制,提出了克服支路间耦合作用和系统不确定性作用的积分指数自适应滑模控制方法。通过建立关节空间动力学模型,求得各支路驱动关节包含耦合惯量的等效惯量,以补偿各支路间耦合作用;通过设计积分指数自适应律,提出并联机器人机构的积分指数自适应滑模控制方法。使用MatLab对所设计的控制算法进行仿真,并将其应用于4-R(2-SS)并联机器人样机,验证了所提出积分指数自适应滑模控制方法的有效性。

考虑关节摩擦的5-PSS/UPU并联机构动力学建模及耦合特性分析

为了将并联机构应用于航天器的海面回收平台等领域,提出一种可以实现三移动二转动的新型五自由度并联机构—5-PSS/UPU并联机构作为柔性自适应动态平衡装置,并对该并联机构进行了耦合特性分析。首先,利用矢量法得到了机构运动学的正反解。其次,在考虑关节摩擦效应的情况下,采用牛顿-欧拉法建立了5-PSS/UPU并联机构的动力学模型,并对机构的动力学模型进行了数值仿真验证,结果表明考虑关节摩擦和未考虑关节摩擦时,各移动副的驱动力最大误差分别为:1.62%、0.48%、3.85%、1.21%、5.13%。然后,基于动力学模型,进行动力学耦合特性分析,并给出了惯量耦合特性评价指标。最后,在该并联机构的工作空间内,研究了耦合评价指标随机构运动状况的变化规律。研究结果表明,通过合理规划运动轨迹可以在一定程度上减少动力学耦合特性对并联机构动态性能所产生的影响。