工程车辆3-RPS座椅悬架半主动滑模控制

工程车辆处于恶劣的工作环境中,垂向单维度的被动减振无法满足实际需求。为解决该问题,依据可实现三维减振的3-RPS并联机构座椅悬架,提出一种新型三维控制策略。基于“座椅-人体”三维振动数学模型,设计一种新的三维天棚控制模型,作为滑模控制的参考对象。设计滑模控制器,并根据Lyapunov稳定判据,对控制系统的稳定性进行分析判断。利用Simulink软件建立座椅-人体受振模型,对处于E、F、G级3种路面环境中,分别采用滑模控制以及被动控制模式的座椅的减振效果进行仿真对比分析。结果表明,相较于被动控制的座椅悬架,采用三维滑模控制的座椅悬架在垂直方向上的加速度下降率在38.88%至57.06%之间;俯仰方向上的角加速度的下降率在36.00%至54.89%之间;侧倾方向上的角加速度的下降率在49.58%至59.97%之间。且可有效降低垂直方向上的加速度峰值,对于冲击载荷减振性能良好。研究成果可为半主动多维减振座椅悬架控制策略的研究提供一定参考。

大口径天线3-RPS驱动机构结构优化设计与分析

采用并联机构替换现有的方位-俯仰式串联机构作为反射面天线的驱动机构可以满足其位姿调整的功能,并有效改善反射面天线整体结构的轻量化效果。目前少有将并联机构应用于大口径天线的分析与实际工程应用案例,故需要对承受较大载荷的并联机构展开力学分析并对其结构进行优化,从而使其满足承载与运动精度的要求。针对3-RPS并联机构承受较大载荷时支链的结构方案展开优化设计并进行有限元仿真分析。首先,对3-RPS并联机构展开静力学分析,得到在动平台承受一定载荷的情况下机构各个支链的受力特性;其次,在给定机构基本尺寸参数及活动范围要求下,对3-RPS并联机构支链的结构方案进行设计,针对并联机构支链弯曲变形较为严重的情况提出了并联液压缸的结构方案;最后,对并联液压缸结构方案进行了优化以及稳定性分析。结果表明,优化后的并联液压缸方案各项性能指标均优于原有方案,且满足稳定性安全性要求,为实际的工程应用提供参考。

基于牛顿欧拉法的3-RPS并联机构逆动力学分析

以3-RPS机构为例,研究了对称少自由度并联机构的逆动力学问题。因其自由度数目小于6,该类机构的支链不仅传递驱动力,同时还需为动平台提供约束。然而,现有文献大多未对广义约束力给予足够的重视。采用牛顿欧拉法建立了3-RPS机构的刚体动力学方程,给定动平台的运动规律及外载荷后,可一并求解机构所需的驱动力与约束力矩。算例仿真表明,与动平台自由速度方向不一致的外载荷主要需由约束力矩平衡。因此,在对称少自由度并联机构动力学设计中,必须计入广义约束力的影响。

3-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人.

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型。采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解。利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿。通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性。

3-RPS并联机器人运动可靠性仿真研究

利用ADAMS 12.0建立多体系统仿真模型:首先在ADAMS/View模块下建立参数化的虚拟样机模型。利用ADAMS软件提供的Point Motion、Measure和Spline等功能,获得机器人位姿正反解。考虑杆长误差和球副位置误差服从正态分布的情况下,利用随机抽样获得不同模型的实现,通过仿真得到机器人末端执行器的多组运动轨迹,并用文本文件记录相应的数据结果。最后由统计计算得出任意时刻的机器人运动可靠度。该方法不涉及复杂的数学推导,计算精度高,求解周期短,为设计人员提供了一定的参考,适合于工程应用。

基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。

飞机装配中基于3-RPS的并联机构法向调整算法

在飞机壁板柔性装配和钻铆时,采用典型的3-RPS并联机构进行自动调姿,该机构的末端执行器要求钻铆头沿孔位处的蒙皮法向进给。为了解决该法向调整问题,先对3-RPS并联机构动平台位姿进行建模描述,再在此基础上提出法向调整的求解算法。结合实例说明了该算法完全具有实际工程应用能力,且该法向调整算法还可以推广应用于定位、调姿等飞机数字化制造及装配工作中。

3-RPS并联机构运动与静力特性分析

对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。

3-RPS并联机器人动力学分析及控制

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。

3-RPS并联机器人位置分析及控制仿真

应用坐标变换法和封闭解法,基于3-RPS并联机器人位置分析,采用Matlab建立3-RPS型并联机器人仿真模型,给定不同状态下的参考输入,通过合理设置PID控制器各项参数进行运动学仿真比较.仿真结果表明:在不同的参考输入的条件下,动平台的位置变化几乎相同,实现了PID控制调平作用,驱动杆实际输出与参考值的偏差在允许范围内波动,控制效果明显,为研究基于并联机器人自动调平提供参考.

一类3-RPS并联机器人构型正解新法

从机器人运动单元和机器人末端运动特征出发,给出了并联机器人的构型正解新方法。采用该方法求解了RPS支链所具有的末端运动特征表达式,分析了三种具有不同支链布置形式的3-RPS并联机器人的末端运动特征求解问题。对相应的运算结果进行了对比分析,得到了一些有益的结论。

3-RPS并联机构的主动力和约束力分析

对3-RPS并联机构进行了动力分析。首先,通过列出所有构件的力和力矩平衡方程确定驱动力和平台受到的约束反力,即3-RPS机构的球副反力。当主动力和球副反力得到,其它约束力就迎刃而解。本文给出了2个数值算例,求出了主动力和全部运动副的约束反力。并通过此例讨论这种方法的优缺点和将来的发展。

一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析

基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间(即偏转能力),研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响。

基于MATLAB的3-RPS并联机构控制系统仿真

针对传统螺旋法求解并联机构Jacobian矩阵的缺陷,提出了一种基于并联机构微运动分析的微位移法.该微位移法在求解过程中可避免求解超越方程组的难题,且得到的Jacobian矩阵为非奇异方阵.同时,针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC).首先,建立机构的MATLAB/SimMechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵,为控制系统提供理论参考输入值.其次,设计SMC控制器,运用Lyapunov函数证明控制器的稳定性;最后,分别建立机构PID控制和SMC控制系统的MATLAB/Simulink框图,对其进行仿真分析与对比.结果表明:SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性.

3-RPS并联机器人粘性摩擦工况动力学建模

以转动副轴线平行布置的3-RPS并联机器人为研究对象,提出一种基于拉格朗日算子修正的动力学建模方法。首先,采用矢量法建立系统运动学模型,基于拉格朗日方程法建立系统理想动力学模型。然后,将关节摩擦视为系统非保守力,基于"库伦+粘性"摩擦模型对关节摩擦所做的功精确量化处理。最后以摩擦所做负功的形式对拉格朗日算子进行修正,建立考虑全部关节摩擦的系统动力学模型。同时对所建立的考虑关节摩擦和忽略关节摩擦的动力学模型进行了仿真对比,结果表明,在一个仿真周期内,移动副1、2、3驱动力的相对误差分别为18.1%、12.6%、16.5%,试验结果为机器人控制系统的摩擦补偿提供了理论依据。

2(3-RPS)并串运动平台的奇异性分析

并串联机构相对纯并联机构能够增大工作空间,同时能够增加动平台的灵活性。以2(3-RPS)并串运动平台为例,给出了并串运动平台的力雅克比矩阵的推导方法以及发生奇异的条件。首先,基于螺旋理论,分析了上下3-RPS并联机构支链的运动螺旋系和约束反螺旋;然后运用互易积理论,得到了2(3-RPS)并串运动平台的完整运动雅克比矩阵,在此基础上,建立了该机构的静力平衡方程和力雅克比矩阵,发现该矩阵是由2个3-RPS并联机构运动雅克比矩阵的转置而联立组成的6×12矩阵。最后,通过分析力雅克比矩阵是否降秩,具体分析了2(3-RPS)并串运动平台的约束奇异、运动奇异以及混合奇异位形。

基于螺旋理论的3-RPS型并联机器人运动学分析

3-RPS型并联机构具有三个结构对称的支链形式,各支链由一个转动副连接机座、一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论及空间机构构型原理,通过约束形式分析得出该类型并联机器人运动性质,采用矢量分析方法对其运动学正解/反解进行求解,得出该并联机构运动学方程。基于对称非齐次性少自由度并联机构Jacobine矩阵,进一步对该类型并联机器人结构奇异性进行分析与总结。

不同安装位置下3-RPS工程车辆座椅多维减振分析

工程车辆长期在非路面上行驶、作业,在多个方向上极易产生剧烈振动。针对该问题,在对比分析多种并联机构基础上,提出了一种3-RPS并联式座椅机构。利用单开链理论并结合UG仿真,验证了其“一平两转”运动状态,并利用D-H矩阵,对座椅机构运动学位姿正解模型进行了分析。考虑到支链的安装位置不同会产生不同的减振效果,重点在Adams软件中建立了座椅机构模型,针对4种不同安装位置对座椅模型进行减振性能仿真与分析。研究表明,该座椅机构具有良好的减振性能。支链安装在轴线上,则该方向的减振效果优于其他位置,且3条支链呈120°均布安装,减振效果要优于其他安装方式。该研究结果可为不同工作环境下工程车辆并联座椅的安装提供参考依据,对提高工程车辆舒适性、安全性具有重要意义。

3-RPS型并联机构运动正解的研究

并联机构运动学正解是一个位置和姿态耦合的复杂非线性问题,一般难以求得封闭形式的解析解.应用解析法对3-RPS型并联机构进行运动学正解问题进行了求解,并给出正解方程通式以及各项系数值,得到封闭形式的解析解.并给出具体数值实例进行求解,得出全部位置解,同时给出部分机构空间图形验证了解法可靠性.