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。

一种新型3-UPS并联机构及其工作空间分析

设计了一种新型3分支6自由度3-UPS并联机构,建立了该机构的运动学反解模型,给出机构主要约束,应用三维极坐标边界搜索方法绘制出在定姿态工作空间截面图和边界三维实体图,分析了机构参数对工作空间体积大小的影响规律,为机构参数的选取提供了依据。该并联机构工作空间大、连续性好,适合作为机器人步行器的腿结构。

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。

一种基于3-RPC/6-UPS并联机构的自动钻铆机器人

提出一种基于3-RPC/6-UPS并联机构的自动钻铆机器人,旨在完成飞机壁板的钻铆加工任务。执行钻铆加工时,机器人相当于一台固定式并联机床;步行时,机器人可以视为一个足式机器人。建立了控制机器人钻铆执行器的6-UPS并联机构逆运动学模型,采用数值搜索方法得到钻铆执行器末端的工作空间。建立了控制机器人行走的3-RPC并联机构逆运动学模型,采用数值搜索方法绘制出3-RPC并联机构上、下平台的工作空间,使用五次多项式对控制机器人行走的驱动杆进行位移轨迹规划,在虚拟软件中实现了机器人样机的平稳行走。该研究工作可为设计新型的面向大型结构件加工的移动式机器人奠定理论基础。

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。

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。

基于并联构型的飞机装配调姿定位机构精度研究

针对飞机装配中机身壁板等组件调姿定位问题,本文首先提出了一种基于3-UPS并联构型的飞机装配调姿定位机构,该机构可以实现飞机组件装配的6自由度调姿与定位。同时,为提高飞机组件装配精度,分析了各运动副铰链间的误差间隙对飞机装配调姿定位机构姿态的影响,并据此建立了3-UPS并联机构的有效杆长模型。进一步地,基于并联机构位置正解得到了飞机装配调姿定位机构的定位精度模型。最后,通过MATLAB仿真分析了间隙的存在对机构运动精度的影响,为基于3-UPS并联机构在调姿定位中的控制补偿提供了理论基础。

蠕动转向关节动力学建模与分析

为确立拱泥机器人蠕动转向关节的运动关系,提出了可实现直行和转向运动的3自由度并联机构动力学模型。基于对3-UPS并联机构运动特性的分析,首先建立了3-UPS运动学模型,得出3-UPS并联机构动平台和各支链的速度以及加速度关系式。基于Lagrange方程建立3-UPS并联机构的动力学模型,确立了系统的驱动力、驱动力矩以及各个支链主动杆的驱动力。利用Matlab软件对其动力学模型进行仿真分析,得到的驱动力和驱动力矩变化曲线为拱泥机器人控制系统设计提供了技术支撑,也为少自由度并联机构动力学分析提供参考。