冗余驱动闭链弓形五连杆动力学建模与优化

研究了冗余驱动闭链弓形五连杆动态翻滚过程中驱动力矩协调分配的问题。建立了闭链弓形五连杆运动学分析模型,分别对驱动杆件和约束杆件的速度、加速度进行分析,得到各杆件的加速度矩阵和角加速度矩阵,进而得到各杆件的合力及力矩,从而获得该机构的牛顿-欧拉动力学方程。采用伪逆法对各驱动力矩进行协调分配,使瞬时驱动力矩2范数最小。给定机构动态翻滚过程的关节轨迹,分别计算非冗余驱动和冗余驱动方式下的驱动力矩,计算结果表明,冗余驱动方式可以显著减小最大瞬时驱动力矩。

闭链弓形五连杆越障能力分析与运动规划

为了考察闭链弓形五连杆的地形适应性,分析其越障能力并对越障过程进行运动规划。建立闭链弓形五连杆质心运动学分析模型,利用齐次变换推导了杆系质心坐标关于接触角和主动关节角的表达式。通过分析越障过程中的运动约束和几何约束,建立最大越障高度的数学模型,利用数值算法获得了最大越障高度随接触角和关节圆半径的变化曲线。根据质心可行域边界曲线内凹的特点,依照行程最短策略采用切线法来规划越障过程中系统质心运动路径,进而利用运动学逆解得到主动关节轨迹。通过样机试验验证了分析结果的正确性。

基于能耗分析的闭链弓形五连杆加速度规划研究

为了降低闭链弓形五连杆沿直线加速翻滚运动过程中的能量损耗,研究了恒势能和变势能翻滚策略下最大翻滚加速度对系统总能耗的影响规律。采用了一种可调整最大翻滚加速度的修正梯形曲线作为系统翻滚角的加速度规律,分别利用恒势能和变势能翻滚策略得到关节轨迹。在此基础上,考虑关节中的黏滞摩擦,运用了含耗散函数的拉格朗日方程求动力学逆解,并通过能耗方程计算系统总能耗。计算结果表明,随最大翻滚加速度的增大系统总能耗先减小后增大;采用恒势能翻滚策略有利于降低系统总能耗。最后,通过Adams仿真验证了理论分析的正确性。

基于ADAMS的闭链弓形五连杆翻滚机构仿真分析

采用虚拟样机技术对闭链弓形五连杆翻滚机构进行建模与仿真,研究其运动学、动力学特性以及越障能力。在SolidWorks软件中对翻滚机构进行三维建模与虚拟装配,并将其导入ADAMS软件中建立虚拟仿真环境。建立非冗余驱动条件下的直线翻滚运动仿真模型,研究驱动器布位对翻滚机构动力学性能的影响。建立斜坡、台阶、沟壑等典型障碍地形并进行越障仿真,考察翻滚机构的越障性能。仿真结果表明:以触地杆件关节之一为对称中心,取其两侧关节作为驱动关节,可以大大降低关节峰值驱动力矩以及平均驱动力矩;翻滚机构具有较好的地形适应能力,最大连续爬坡角度约为12.6°,最大越障高度约0.38R,最大越障宽度约为0.93R。

闭链弓形五连杆机构的准静态翻滚运动规划

提出一种闭链弓形五连杆机构,当杆件触地时,通过改变自身的形状,使其质心相对于触地杆对应的虚拟滚动圆心发生偏置,产生重力偏置力矩来驱动机构翻滚.首先,利用对称原理进行闭链弓形五连杆结构设计,当其外轮廓为圆形时,机构的质心与形心重合;其次,利用封闭矢量法对机构准静态翻滚过程进行了运动学分析,得到杆件触地过程和关节触地瞬时机构质心矢量与两个驱动关节角的关系;然后,求解关节触地瞬时机构能够实现平稳过渡的质心矢量轨迹,利用最小二乘法进行恒质心偏距的准静态翻滚运动规划;最后,制作实物样机并进行了准静态翻滚实验.实验结果证明了闭链弓形五连杆机构平稳准静态翻滚的可行性.