宏微3-RPR并联机构建模及控制仿真研究

为解决并联机构大行程与高精度定位的矛盾,提出了一种采用电液伺服控制系统为宏驱动、压电精密控制系统为微驱动的宏微3-RPR并联机构,基于虚功原理推导了其动力学模型;搭建了其基于多软件协同仿真模型,其中包括Adams机械模块、AMESim液压与压电驱动模块、Matlab/Simulink控制模块;针对该并联机构是个复杂的多输入多输出非线性系统,采用模糊PID方法对其进行控制仿真研究。仿真表明:与常规PID相比,采用模糊PID能缩短响应时间,实现无超调的宏微切换过程;采用宏微驱动的并联机构能实现大行程的精密定位,具有良好的控制效果。

3-RPR平面并联机器人工作空间研究

对平面3自由度3-RPR并联机器人的工作空间的求解方法与性质进行了探讨。分析了3-RPR并联机器人工作空间的影响因素,以支腿长度约束、支腿与动平台交汇条件以及支腿与动平台夹角限制为约束条件,并采用快速极坐标搜索法确定了3-RPR并联机器人的工作空间。研究了构型参数与工作空间的关系。

宏微3-RPR并联机构运动学精确求解

针对所研制宏微伺服驱动的3-RPR并联机构运动学纳米级求解精度的要求,研究其运动学模型及其正解和逆解算法。推导3-RPR的逆解方程,通过MATLAB编程得到其解析解;建立正解方程,采用数值迭代法、神经网络算法和遗传算法优化的神经网络算法对其进行正解研究,并采用MATLAB实现其算法求解。通过最终的求解精度对比,经遗传算法优化的神经网络算法能实现纳米级的求解精度、且耗时最短。

3-RPR平面并联机构正解的LINGO求解方法

分析了3-RPR平面并联机构的求解模型,提出了用LINGO11.0软件求出全部解的方法:用LINGO11.0求出1个解后,将该解作为1个约束,使新解与该解不同,直至求出全部解.该法简单、实用,为实际机构的设计提供了多种选择方案,为机构学设计提供了全新的方法.

3-RPR并联机构的位姿分析及其运动仿真

以3-RPR并联机构为研究对象,对机构进行了运动分析,计算机构的位姿正解和反解,得出机构的六组解,然后用UG软件对机构进行运动分析仿真,分别对于单轴驱动和三轴驱动下机构的动平台的位移,速度和加速度的分析,为该机构的以后的分析研究和开发奠定了基础。

3-RPR并联机构的运动分析

本文以3-RPR并联机构为研究对象,对机构进行了位姿分析,得出了机构的位姿正解和位姿逆解,并且进一步求出了机构的Jacobian矩阵,从而得出该机构的几种奇异位形,为该机构的进一步分析研究和开发奠定了基础。

3-RPR并联机构的工作空间分析

本文以3-RPR并联机构为研究对象,对机构的动平台工作空间进行分析求解,通过运动学方程计算求得机构支链的运动范围,即三条支链工作空间的交集区域为并联机构动平台的工作空间。此外,运用MATLAB软件进行编程,绘制机构的工作空间,最后分析影响机构工作空间的因素。

环形轨道平台位姿调整3-RPR平面并联机构尖点及无奇异路径规划

为保障核电站运行安全,需要在线检测核主泵中空螺栓的疲劳失效、腐蚀、裂纹等缺陷。环形轨道平台是核主泵中空螺栓检测装备的运行基准,其与核主泵同心度调整的3-RPR平面并联机构路径规划是保证检测精准的核心技术。构建了3-RPR约束方程、雅可比行列式和雅可比增广矩阵的子矩阵行列式组成的尖点方程组,消元得到了一个24次变元多项式,确定了关节空间内的所有尖点数量。利用3-RPR平面并联机构关节空间内的尖点,规划了同一无奇异最大域中装配构形间的无奇异路径;结果表明,该方法增加了机构可控工作空间,对并联机构运动学有重要的研究意义。

平面3-RPR全柔顺并联机构的构型拓扑优化设计

基于并联机构的微分运动学输入与输出之间位移矢量微分映射关系,通过建立平面3-RPR型全柔顺并联机构的拓扑优化模型(SIMP插值模型),运用优化准则法(OC算法)进行优化求解,并采用Heaviside过滤技术对棋盘格现象进行抑制和处理。结合二次插值法对拓扑优化后得到的模型进行曲线拟合,并在Solid Works中三维建模,将模型导入Hyperworks中二次网格划分并进行静力学分析与对比,结果表明:基于映射关系所得出的拓扑优化构型与传统并联机构构型具有相同的运动特性,结构更加简洁、轻便,该方法为此类平面全柔顺并联机构构型综合方面提供理论参考依据。

3-SPS(RPR)并联机构神经网络自适应滑模控制系统研究

通过Sim Mechanics Link插件关联Solidworks与Matlab软件,将3-SPS(RPR)并联机构的Solidworks三维模型转换为Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型。基于机构的Sim Mechanics模型和动力学方程,结合神经网络自适应算法,设计了一种新型滑模控制器,并通过Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性。神经网络自适应算法的作用是实时地修正系统的不确定和非线性项参数,有效解决了滑模控制系统的抖振问题。建立机构的Matlab/Simulink系统框图并进行仿真分析,结果表明:新型滑模控制器的轨迹跟踪精度比传统滑模控制器的高,且响应速度快,鲁棒性强,从而验证了新型滑模控制器的有效性。

新型运动冗余驱动并联机构的控制方法

对并联结构的运动轨迹进行准确、平稳的控制,有利于提高其工作效率。对此,设计了一种3-RPR冗余驱动并联机构控制方法。首先,在不同的两个坐标系中,利用移动副和转动副组成的3条支链,设计了一种3-RPR冗余驱动并联结构,以克服3-RPR非冗余驱动并联机构存在的奇点效应。求取了3-RPR冗余驱动并联结构中各驱动机构、关节点的速度以及加速度方程,以分析其运动学。然后,以预设轨迹和实际轨迹间的误差为依据,构建了滑膜面方程。利用滑膜面方程求取了参考速度与加速度,定义了自适应滑模控制器,求取了驱动力。最后,采用自适应滑模控制器与神经网络控制器对不同预设轨迹进行了追踪实验,在对简单预设轨迹追踪时,本文方法比神经网络控制器在水平、垂直方向上的追踪误差减少了48.15%和44.91%。在对复杂预设轨迹追踪时,本文方法比神经网络控制器在水平、垂直方向上的追踪误差减少了28.69%和28.80%。说明本文方法对3-RPR非冗余驱动并联机构的运动控制特性较好,能够对其运动轨迹进行准确的控制。

平面并联机构位置正解的粒子群复形法

根据杆长约束条件,给出了求解3-RPR平面并联机构位置正解的无约束优化模型。结合复形法与粒子群的优点,提出了机构综合方程无约束优化求解的粒子群复形法。该方法克服了牛顿法初值不易选择的问题,同时也克服了复形法和粒子群算法易陷入局部极值而导致方程组的解精度不足的问题。平面并联机构数值实例表明文中提出的方法能求出全部装配构型。该方法具有全局搜索性,收敛速度较快、精度较高,可以满意地求出对未知数具有敏感性的非线性方程组的解。

4-RRR冗余并联机构的运动学分析

针对4-RRR冗余并联机构的输入及输出构件间的位置关系展开研究。基于运动螺旋理论,分析了该机构的自由度性质,并确定了主动副的位置;建立了机构的逆运动学方程及正运动学方程,并对给定运动平台的位姿进行了数值计算,以验证所建立方程的正确性;研究了机构的运动解耦性以及运动平台的工作空间大小与连杆长度变化的关系;最后,对给定运动平台的运动方程下主动副的输出转角进行了数值仿真。

平面并联机构位置正解的改进粒子群算法

根据杆长约束条件,给出了求解3-RPR平面并联机构位置正解的无约束优化模型。针对标准粒子群算法容易陷入局部极值、进化后期收敛速度慢等缺点,提出了一种基于新的差异度评价指标的改进粒子群算法——自适应变异粒子群算法。采用自适应变异粒子群算法求并联机构位置正解中的优化问题。数值实例表明,改进粒子群算法能求出全部装配构型,且收敛速度较快、精度较高。

具有缩放平台的串并联蠕动机构

为探索新型移动机构及其移动方式,提出一种具有缩放平台的串并联移动机构。该机构由两个空间3-RPR并联机构串联组成,其三个平台均为可缩放移动平台。通过三个平台依次缩放配合支链的伸缩,该机构可实现蠕动运动。该机构兼具并联机构高刚度和串联机构运动空间大的优势。应用螺旋理论计算该机构的自由度,运用矢量法进行运动学分析。以攀爬管道内壁为应用案例,介绍该机构蠕动的详细步态。利用Solidworks进行详细的机械设计。利用ADAMS进行攀爬管道的动力学仿真,得到平台的位移曲线以及支链推杆的杆长变化曲线。制作一台原理样机,验证了该机构的自由度特性和蠕动步态。

四种不同柔性铰链的三自由度微定位平台性能比较

为了研究柔性铰链形式对微定位平台性能的影响,对正圆、椭圆、直角和三角柔性铰链的三自由度平台的静态和动态特性进行比较分析。采用有限元软件ANSYS对其特性进行比较分析,分析结果可得如下结论:不同平台的柔度有较大的差别,直角铰链平台柔度最大,三角铰链平台最小,正圆和椭圆柔性铰链柔度相近;铰链形式对平台运动性能有较大的影响,直角柔性铰链平台相对于其他平台具有更小的转角;不同铰链平台在各个方向的位移灵敏度存在差异,圆形铰链平台在各个方向具有更高的灵敏度;柔性铰链形式对平台的固有频率影响较大,直角铰链平台固有频率最小,三角铰链平台最大,正圆柔性铰链和椭圆柔性铰链柔度相近。综合不同柔性铰链平台的性能发现圆形铰链平台具有较好的综合性能。

基于Intel网络处理器的RPR三层交换机的设计

弹性分组环(ResilientPacketRing,RPR)是一种能高效地支持数据业务的新兴城域网络技术。论文主要使用IntelIXP2800网络处理器设计和实现了能为以太网提供接入RPR网络能力的三层交换机。设计过程中,在二层交换机制的基础上,参考了IPoverRPR框架和三层交换原理,对RPR网络与以太网络之间IP数据交换机制进行了优化,并借助IXP2800网络处理器的高性能和灵活性,使该交换机能高效地进行IP数据交换,而且提高了RPR环网的带宽利用率。