基于Kane方法的双臂空间机器人动力学分析

机器人的动力学分析作为机器人设计和控制的中间桥梁,其独特的动力学特性和控制特征非常重要。本文系统研究了双臂空间机器人系统的拓扑结构、运动学及动力学特征,并基于Kane-Huston方法和旋量理论建立了双臂空间机器人系统动力学模型。算例表明,对于给定的运动参数,采用所建立的模型,可以求出双臂空间机器人各组成部分的瞬时运动,反之亦然。仿真结果表明,本文中基于旋量理论的Kane-Huston方法建立的双臂空间机器人系统动力学模型是符合实际的。

DYNAMIC ANALYSIS OF FLEXIBLE BODY WITH DEFINITE MOVING ATTITUTE

The nonlinear dynamic control equation of a flexible multi-body system with definite moving attitude is discussed. The motion of the aircraft in space is regarded as known and the influence of the flexible structural members in the aircraft on the motion and attitude of the aircraft is analyzed. By means of a hypothetical mode, the defor mation of flexible members is regarded as composed of the line element vibration in the axial direction of rectangular coordinates in space. According to Kane＇ s method in dynamics, a dynamic equation is established, which contains the structural stiffness matrix that represents the elastic deformation and the geometric stiffness matrix that represents the nonlinear deformation of the deformed body. Through simplification the dynamic equation of the influence of the planar flexible body with a windsurfboard structure on the spacecraft motion is obtained. The numerical solution for this kind of equation can be realized by a computer.

计及动力刚化的柔性多体系统动力分析

利用几何非线性的应变－位移关系，在小应变假设条件下，得到了一般柔性构件弹性变形的广义坐标二阶小量表达式．在此基础上，利用Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ方法，在推得偏（角）速度表达式后，作适当的线性化处理，使动力刚度项得以保留，从而建立了动力刚化多体系统的动力学方程．

基于几何非线性及小变形条件的柔性多体系统动力学

利用几何非线性的应变－位移关系，在小变形假设条件下，得到了一般柔性体变形的广义坐标二阶小量表达式。在此基础上，利用Ｋａｎｅ－Ｈｕｓｔｏｎ方法，建立计及动力刚化的柔性多体系统动力方程。仿真算例证明了该理论的正确性和有效性。

多关节混合链机器人的运动学和动力学分析

本文以Ｋａｎｅ 动力学方程为基础，给出了一种分析和计算具有开链和闭链混合机构的机器人的动力学逆问题的新方法．通过划分逻辑开链计算速度和加速度；求出广义速度之间的偏导数后，算出偏速度；根据偏速度用Ｋａｎｅ 方程得到各杆的驱动力或力矩．计算过程具有递推性、规范性，便于计算机编程，也比较简洁易懂．

考虑弹性定向管的多管火箭发射动力学的研究

采用 Kane- Huston方法建立了多管火箭的通用发射动力学模型 ,重点研究了定向管的弹性、弹管摩擦等建模问题。提出了约束矩阵的概念 ,以便于自动完成约束处理和系统动力学方程的缩并。对某多管火箭炮发射过程进行了分析计算 。

末敏弹刚柔耦合系统动力学模型及仿真

基于Kane方法建立了末敏弹刚柔耦合系统动力学模型并进行了仿真计算。模型将降落伞处理为柔性体,并用模态展开法表达降落伞的弹性位移,用混合坐标来表达降落伞的位置,进行末敏弹系统的运动学分析。选取与末敏弹系统姿态相关的10个广义坐标,引入偏速度,分别推导相应的广义惯性力、广义主动力和广义内力。根据Kane方法的多柔体动力学理论,建立了10自由度的末敏弹系统刚柔两体动力学方程。利用该模型,用MATLAB进行编程计算,得到了某型末敏弹系统稳态扫描段的弹道结果,为末敏弹系统的总体设计提供参考。

多臂空间机器人的视觉伺服与协调控制

针对多臂空间机器人自主目标抓捕任务,首先建立多臂空间机器人的运动模型和其与目标的相对运动模型,采用Kane方法建立多臂空间机器人的动力学模型;其次,研究基于视觉伺服的机械臂在线轨迹规划算法,并引入零反作用机动,消除机械臂运动对平台姿态的扰动;再次,在不使用零反作用机动功能时,分别使用基于角动量前馈补偿的协调控制算法和逆动力学方法设计了协调控制器,在机械臂运动时保持平台姿态和相对目标的位置。最后,开发了基于Matlab的仿真软件MASS(多臂空间机器人仿真),仿真结果校验了上述方法的有效性。

汽车碰撞过程中计及安全带约束的人体动力学响应分析

采用基于Euler绳索模型的理论 ,提出了一种新的带有滑移特性的安全带模型。采用多体动力学理论Kane Huston方法 ,进行了计及安全带约束的人体动力学建模及响应的分析 ,并与实验结果进行了比较 ,得到了较一致的结果 ,验证了模型的正确性 。

飞艇-绳索-子弹系留动力学研究

针对高空飞艇投放试验平台,采用多刚体系统Kane法建立了飞艇-绳索-子弹的开链式多刚体动力学模型,针对末修子弹系留试验中的关键动力学问题,分析研究了飞艇-子弹耦合系统的动力学特性。高空投放试验验证了动力学模型的有效性和正确性,该模型也可推广于其他绳索动力学系统。

柔性关节机器人的凯恩动力学建模与仿真分析

针对柔性关节机器人的动力学建模问题,首先在已存在的柔性关节机器人凯恩动力学求解方法的基础上对广义主动力的求解进行分类与合并,详细地推导出传动比不为1的多连杆柔性关节机器人的动力学方程。然后分别运用ADAMS与S函数对柔性关节机器人进行正动力学仿真与数值仿真。最后通过对比仿真,证明了用凯恩方法建立的柔性关节机器人动力学方程的正确性。

绳索对抛索火箭弹道特性的影响

抛索火箭系统的绳索动力学问题十分复杂。采用有限段方法对绳索进行建模,分析推导了绳索的运动和受力,根据Kane方法选择了合适的广义坐标,建立了拖缆火箭飞行的动力学模型。利用该动力学模型分析了绳索对抛索火箭弹道特性的影响,得到了绳索线密度、空气阻力系数对射程、速度、弹道倾角等弹道特性影响规律,为下一步研究绳子对拖缆火箭飞行的扰动以及拖缆火箭制导控制提供了理论模型和指导。

多体系统分析软件的开发与应用

多体系统动力学作为研究机构动态特性的应用基础学科 ,最终目的是编制通用仿真软件为工程技术领域提供强有力的计算机辅助分析工具 .介绍了凯恩 -休斯顿方法的优点 ,基于该方法建立起多体系统动力学模型 ,根据软件工程和面向对象编程技术的要求开发出具有友好的用户界面、集成度高、能够对任意拓扑结构的多体系统的运动学和动力学进行正、逆问题分析的多体系统分析软件MBSA(Multi BodySystemAnalysis) .介绍了软件的模块组成 ,详细叙述了核心运算模块的流程 。

柔性机器人动力学分析的有限段方法

研究了柔性机器人动力学分析的一种新的计算方法,这种方法建立在凯恩方程和休斯敦方法的基础之上,通过引入有限段模型来计及柔性的影响。有限段方法能应用于具有变截面和非对称截面的梁式部件在复杂运动条件下的动力学分析,并且具有极其简单的表达形式。该建模方法和计算结果得到了有限元方法和解析计算结果的验证。

助行训练机器人骨盆位姿机构动力学分析

为了辅助偏瘫病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构,根据该机构的原理和组成,利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程,并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算,得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明:该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,通过控制x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩,可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。

自行火炮发射动力学研究

目的研究自行火炮发射动力学分析方法并将分析计算结果同有关的靶场实验结果进行对比说明其可行性．方法采用Ｋａｎｅ－Ｈｕｓｔｏｎ方法建立连续射击冲击激励作用下自行火炮的多刚体动力学模型，提出了约束矩阵和简化矩阵的概念，以便于自动完成约束处理和系统动力学方程的约减，并编制了相应的计算机软件．结果分析计算结果和有关的靶场实验数据吻合较好，总结了系统响应的特点以及计算结果存在误差的原因．结论本文所述分析方法正确。

柔性多体系统动力学──有限段方法

采用有限段方法建立柔性梁式构件的离散模型，基于Kane方程的Huston方法建立柔性多体系统动力学方程．该方程计入了梁式构件的几何非线性变形的惯性影响，在求解过程中，引入了相对位移的模态变换以提高计算效率．通过典型实验验证了有限段方法可以解决具有几何非线性变形的柔性梁式构件的多体系统动力学问题．

火箭柔性发射系统动力学建模与数值仿真研究

把多体系统动力学的Ｋａｎｅ方法和有限元法应用于火箭柔性发射系统．针对工程实际，对建模与求解过程中的一些关键问题进行了探讨．建立了一个具有十一个刚性运动自由度、六阶定向器柔性模态自由度的发射系统物理模型．推导出该物理模型的发射动力学方程，并对常推力作用下系统的时域响应进行数值仿真．在此基础上，初步分析了定向器的弹性振动对火箭弹离轨时的初始扰动的影响．

基于凯恩-休斯顿理论的机构动力学分析

机构动力学分析是机械设计过程中的重要步骤,计算机辅助分析软件的应用使得分析过程更加高效、准确,缩短设计周期,提高设计精度。多体系统动力学是机构动态特性的数值解法。基于凯恩-休斯顿方法,建立了机构动力学模型,并开发了一个功能完备、界面友好的通用机构动力学计算机辅助分析软件,典型算例分析验证了该软件的正确性和可靠性。

一种新型爬壁机器人越障过程的运动及动力学分析

提出一种能满足不同避障要求的轮足复合式爬壁机器人,利用凯恩法建立其动力学模型。基于该模型,推导爬壁机器人在极限运动状态下的吸附力方程,并建立稳定性裕度约束条件,获得满足稳定性要求最小吸附力与机器人极限运动状态的函数关系。在不同避障要求的工作环境下,为合理控制吸附力大小提供理论依据。