2(3PUS+S)并联机构驱动部件振动模型分析

为了改善一种新型的2(3PUS+S)并联机构的驱动部件对整个并联机构运动稳定性的影响,对该并联机构的驱动部件振动模型进行了深入的分析。先通过混合法建立驱动部件的轴向振动模型和扭转振动模型,再通过拉格朗日方程法得到扭转和轴向振动模型的固有频率和振型,然后将数据导入MATLAB软件中进行编程计算、数值模拟仿真。结果表明:轴向振动固有频率随着滑块的位置升高而减少,对于扭转振动固有频率,低阶固有频率随着滑块的位置升高而增加,高阶固有频率则呈现和轴向振动固有频率相似的规律。可见通过对驱动部件振动模型的分析,对提高整个并联机构运动稳定性具有指导性意义。

2(3PUS+S)型并联机构驱动部件振动响应特性分析

以一种2(3PUS+S)型并联机构模拟人工髋关节摩擦磨损试验为背景,针对目前机构驱动部件振动响应特性分析需要大量理论公式推导的问题,提出了一种驱动部件振动响应特性分析的方法。使用Solid Works对驱动部件的主体部分滚珠丝杠副进行三维建模,将模型导入Adams软件中,进行动力学分析,得到单个滚珠的撞击力曲线图;然后利用Workbench进行模态分析得到系统的固有频率和振型;最后,基于瞬态动力学理论,利用Workbench软件结合滚珠和滚道的撞击力以及系统的固有频率和振型,进行振动响应分析,得到了螺母的加速度振动响应曲线。结果表明:螺母加速度振动响应的振幅和测点位置有关。通过振动响应的分析,可以验证设备可靠性,为结构参数优化设计提供理论依据。

考虑关节摩擦的3-UPS/PU并联机构模糊自适应滑模控制

为克服3-UPS/PU并联机构关节摩擦力突变现象带来的跟踪畸变问题,设计了一种模糊自适应滑模控制方法。首先在机构动平台工作空间内建立该机构的整体动力学模型。针对切换型滑模控制驱动力抖振以及自适应滑模控制(ASMC)对摩擦突变较敏感的不足,提出一种模糊自适应滑模控制(FASMC)方法,该方法以自适应理论为基础,可以在线估计包括摩擦在内的系统模型不确定项,自适应增益通过模糊逻辑系统实现了动态调整,相比ASMC可以更准确地逼近摩擦的变化情况,从而更有效地抑制摩擦力突变影响,增强了系统鲁棒性。由于无需依赖具体的摩擦模型以及简单的控制结构,FASMC适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制方法能有效估计并克服机构摩擦干扰,提高了机构的控制精度,而且驱动力没有出现抖振现象。

3-UPS/PU并联机构动力学建模及自适应滑模控制

为减少动力学模型不确定性(包括参数不确定和未知的负载干扰)对3-UPS/PU并联机构控制精度的影响,提出一种自适应滑模控制。首先在运动学反解基础上采用虚功原理建立该机构关于动平台工作空间的动力学模型。控制器结合了动力学名义模型和滑模控制理论,利用滑模面设计的自适应律可以对不确定性进行在线估计并补偿,从而提高系统鲁棒性。通过Lyapunov函数分析了系统稳定性。该控制器优点是:无需依赖不确定性上界,结构简单,易于工程应用,适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制器能有效克服时变的模型不确定性,使动平台各自由度的平均跟踪误差相比传统滑模控制明显减少。

基于Adams的3-(2SPS)并联机构的配重平衡分析

以3-(2SPS)并联机构为研究对象,针对机构动平台质量较大的情况,通过一个二级剪叉机构建立一种配重平衡装置。求出机构位置的正反解,在Adams仿真软件中用纯移动型的3-UPU并联机构等效代替,对配重后的机构进行运动学、动力学以及静力学仿真分析;并通过参数化分析,获得更佳的设计参数。仿真结果表明:优化后,有平衡结构的3个驱动杆的输出力远远小于平衡前的输出力。平衡效果非常明显,达到了平衡目的。

新型3T2R对称并联机构自由度分析与Adams仿真验证

提出了一种新型3T2R对称并联机构5-RRUR机构,该机构由5条相同支链组成,支链中含有3个杆件,4个运动副,其中包含3个R副和1个U副,排列形式为RRUR。运用螺旋理论对机构自由度数目和分布情况进行了理论分析;分析了机构的主动副选取方式;在Adams中建立了机构的虚拟样机,并对机构自由度和主动副选取方式进行了验证。理论分析结果和虚拟样机验证结果一致。

基于牛顿—欧拉法的3-UPS/S并联机构动力学分析

以3-UPS/S并联机构的运动支链为研究对象,得到支链运动与动平台运动之间的映射关系。以此为基础,采用牛顿—欧拉法分别对运动支链和动平台进行动力学建模。通过消除构件间的内力,建立了3-UPS/S并联机构的动力学模型,得到驱动力与机构运动及外力之间的关系。最后给出了仿真算例,得到了当动平台做一定规律运动时,驱动力及约束力的变化曲线。

3-RSS/S并联机构位姿误差的数值分析方法

位姿精度是机构的重要性能指标,也是并联机构结构分析的难点之一。针对在3-RSS/S并联机构误差分析中采用全微分方法忽略高次项会使精度下降的问题,提出采用数值分析的方法来研究位姿误差:基于逆向运动学模型,通过不含误差的机构尺寸参数进行逆解计算,得出机构的输入参数;基于正向非线性运动学模型,以原姿态角作为迭代初值,计算出包含误差时的动平台末端姿态,进而计算出位姿误差;根据设定的误差源分布规律,基于蒙特卡洛方法随机生成机构尺寸参数的误差,计算得到位姿误差的分布规律;遍历整个工作空间,得到位姿误差在整个工作空间中的数字特征值与分布规律。通过三维建模方法验证了数值计算的正确性,通过算例验证了该方法的可行性与有效性,为3-RSS/S并联机构的精度研究奠定了基础。

3UPU/PU并联型3自由度海浪稳定平台的动力学分析

基于Lagrange法对3UPU/PU并联型3自由度稳定平台建立了完整的动力学模型。通过利用Matlab软件进行了数值仿真,得出了各伺服液压缸的力曲线,从而为后续的动力学分析及稳定平台的控制打下基础。

具有2R1T和3R运动模式的并联机构综合

使用位移流形理论综合了具有2R1T与3R两种运动模式的并联机构。选取了一种具有此类运动模式变换的机构,分析了其自由度变换时的位形特征,使用螺旋理论分析了其在不同运动模式下的自由度特征,分析了支链驱动副选取的可行性。结果表明,这种并联机构具有2R1T与3R两种运动模式。这种机构在两种运动模式的一般位形下,使用2个移动驱动副和1个转动驱动副实现对机构的控制。这种机构在两种运动模式的变换位形下,机构处于奇异位形,机构的自由度增加为4。支链2中配置1个辅助移动驱动副,支链2中的转动驱动副和辅助移动驱动副在机构运动模式变换时工作,实现并联机构在2R1T与3R两种运动模式之间变换。

全对称四自由度并联机器人机构运动性能分析与多目标优化设计

基于方位特征集设计理论和方法,设计了一种完全对称、且具有三平移一转动性质的4-RRPaR并联机器人机构,分析方位特征集、自由度、耦合度等拓扑参数。根据矢量法构建运动学位置方程,推导得到运动学逆解解析式,同时根据算例分析得到位置正解和位置逆解数值解。利用雅可比矩阵计算得到位置正解奇异、位置逆解奇异产生条件,选择极坐标边界搜索法计算工作空间与转动能力等性能指标。分析表明:机构边界光滑且内部存在空洞情况、动平台转动角度范围较小。另外,提出有效转动能力比指标ω概念,结合有效工作空间利用率μ,建立多目标的数学优化模型,采用经典的NSGA-Ⅱ搜索算法对有效转动能力比指标ω与有效工作空间利用率μ进行多目标参数优化,最后通过算例分析得到优化后的工作空间以及转动能力,优化后的工作空间边界圆润且内部不存在空洞情况、转动灵活性较好。可权衡设计需求和实际应用需求来选择最佳的优化参数。

3HUS+S型并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3HUS+S并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,从并联机构的运动学出发,建立了各直线模组滑块及连接杆与动平台速度、加速度之间的关系。通过得到的动平台质心、连接杆质心及直线模组质心的作用力和作用力矩,基于虚功原理建立了该并联试验机的动力学模型;通过对动力学模型仿真得到直线模组的驱动力矩和驱动功率,为该试验机动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供了参考。

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。