表面平齐的并联微穿孔板吸声结构特性仿真研究

针对火箭发动机燃气高温高速射流通道内噪声控制的工程需要,提出了一种表面平齐的并联微穿孔板吸声结构设计方案。基于微穿孔板吸声理论,建立了COMSOL微穿孔板吸声结构吸声性能仿真模型,对该类并联微穿孔板吸声结构的吸声特性进行了仿真研究,分析了并联结构的背腔深度比、周期和单体宽度等多种参数对吸声性能的影响。结果表明,通过合理选择微穿孔板参数,以及并联共振腔深度、周期比、单体宽度等参数,可以得到吸声带宽、吸声系数较优的吸声结构,且加工制造与安装维护简单,研究成果可用于高温高速射流通道内的强噪声辐射环境控制。

Delta并联机器人运动学性能分析与结构参数优化

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩阵条件数分布规律、结构参数约束关系、运动学性能随结构参数的变化规律及相关性,获得条件数分布特性和失真约束条件,在此基础上得出动静平台半径差和主动臂长度增加和从动杆长度减小能够使得机构性能较优。给定设计工作空间,对原结构进行参数优化设计,通过建立包络惩罚函数,采用多元非线性拟合与线性加权组合法得到运动学性能评价函数,结合条件数分布特性和失真约束条件建立优化模型,利用遗传算法进行优化。相较于优化前,优化后可达工作空间体积减小14.26%,设计工作空间的全局条件数均值和全局条件数标准差分别减小31.20%和11.78%,且设计工作空间各截面条件数分布规律验证了条件数分布特性的可靠性。

基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法

随着并联机构从单一尺寸设计和拓扑设计向两者融合方向不断发展,基于拓扑叠加-再惩罚和全变量正交设计-再拓扑的同步设计方法得到广泛应用,但两者存在设计效率低等不足。为解决上述问题,本文提出了一种基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法,该方法拓扑优化时以相同质量保留此条件下尺寸参数小范围变化对拓扑结构微弱影响为切入点,通过拓扑结构参数化缩放和刚度-质量元模型构建,形成并联机构尺寸-拓扑同步高效设计流程。以典型■RS并联机构为例开展算例验证与对比分析,结果表明,相同质量条件下,所提设计方法比尺寸设计方法得到的各向刚度更高,即拓扑优化使RS连杆的材料分布更加合理。

基于ZYNQ的Stewart并联机器人运动学算法实现

针对实时的控制和监控,而导致Stewart机器人实时性不高的问题,提出了基于ZYNQ芯片的软硬件协同计算Stewart并联机器人运动学解的方案。ZYNQ芯片集成了PL(FPGA)和PS(ARM)两种不同的嵌入式芯片,PL(FPGA)作为PS(ARM)的协处理器进行运动学算法解算,PS(ARM)则运行实时系统,对Stewart机器人进行实时的控制。实验证明:硬件计算Stewart并联机器人运动学解与理论计算结果误差在合理范围内,且解算时间满足实时系统控制周期小于2ms的要求。

基于R&(2-RPR)+UPS并联机械腿结构参数优化

针对绝大多数并联机械腿工作空间小的问题,提出了一种新型带有放大机构的R&(2-RPR)+UPS并联机械腿,并对其主要结构参数进行了优化。首先,使用SolidWorks软件建立了并联机械腿及四足机器人整机三维模型,推导了单腿机构的位置反解,并通过Adams软件及Matlab软件对其正确性进行了仿真验证;其次,采用蒙特卡洛法求解了单腿工作空间体积,并将其作为优化指标,分别探究了该优化指标与各结构参数之间的规律,确定了优化变量;最后,采用粒子群算法对机械腿主要结构参数进行了优化。结果表明,优化后的机械腿工作空间体积增大了69.83%,在X、Y方向上的工作空间范围分别增大了35.26%、19.51%,提高了四足机器人的快速行走及越障能力。

多自由度结构-串并联调谐质量阻尼器减震性能

针对提出的串并联调谐质量阻尼器(TTMD)减震系统,采用粒子群算法,在频域内对多自由度结构⁃TTMD系统进行优化分析。建立多自由度结构⁃TTMD系统减震控制仿真分析模型,分别考虑不同类型实际地震记录,在时域内研究了TTMD对结构地震响应的控制效率,并与相同总质量比的调谐质量阻尼器(TMD)进行比较。进一步考虑了结构刚度发生10%和30%退化的情况,分析了TTMD系统对刚度退化结构的减震效果。数值结果表明,TTMD系统减震性能和鲁棒性能优于TMD系统,且具有阻尼需求小、安装简单、易于实现等优势,是一种增强型减震系统。

9-3 Stewart型并联机器人的结构设计及奇异位形分析

以一种9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,对其进行结构设计及奇异位形分析。通过设计三重复合虎克铰链,减小了运动学求解难度;通过设计可转换主、从运动的变胞移动副,实现了变拓扑驱动;基于环路方程法推导出了并联机器人的速度雅可比矩阵,并运用代数法分析了并联机器人的奇异位形,得到了并联机器人的位置奇异曲面和姿态奇异曲面。研究内容为该并联机器人后续的轨迹规划及工作空间优化奠定了理论基础。

基于CNN-GRU并联网络的海上风电支撑结构损伤识别

利用振动响应和深度学习进行结构损伤识别时,会遇到需要较多测点数据、损伤识别准确率不高以及网络容易发生过拟合等问题。为此,提出了一种基于卷积神经网络-门控循环单元(convolutional neural networks-gated recurrent unit,CNN-GRU)神经网络并联网络的结构损伤识别新方法。首先,对响应信号进行广义S变换(generalized S-transform,GST)得到其时频图像。然后,分别利用CNN和GRU从时频图像和响应信号中提取时频域特征和时序特征,并将时频域特征和时序特征拼接后输入全连接层和Softmax分类器中进行结构损伤识别。位移激励下的海上风电支撑结构模型试验数据验证结果表明,该方法仅需要一个测点的响应信号,与其他同类方法相比具有更高的识别准确率和效率。

六自由度Stewart并联平台的参数优化及公差分配

并联机器人的基础设计工作主要涉及两个方面:基本参数设计与公差分配。从机器人可达工作空间进行了推广,引申出广义的可达工作空间,将机器人姿态与位置同时考虑。以广义可达工作空间为优化目标,对6-SPS型Stewart平台进行基本参数的优化,通过粒子群算法(PSO)获得了一组具有更大的位置,姿态可达空间的并联机器人参数。另外,以更低的机器人制造成本为目标,在尺寸公差与形位公差满足机器人设计目标的约束下,对各基本尺寸的公差进行优化分配。通过分析尺寸公差与形位公差对末端精度的影响,建立了大概的公差-精度关系模型。

基于单叶双曲面的标准Stewart并联结构六维力传感器各向同性优化设计

基于Stewart并联结构六维力/力矩传感器在空间六维力的准确检测上具有广泛前景,设计低耦合、高精度、易于标定和使用的六维力/力矩传感器是其结构设计的关键问题。传统Stewart并联结构几何参数描述为6个相互耦合的变量,不利于实现设计参数与设计指标的解耦,而且非正交条件下的各向同性使得六维力/力矩传感器仍存在耦合,为此提出基于单叶双曲面定义并构造Stewart并联结构,将最小结构参数描述集元素数量减至3个,利用解析的静态数学模型推导满足传感器正向和逆向的力/力矩各向同性的条件,以得到二者相互制约的关系,给出解耦中心数学表达式。通过综合各个性能指标,提出了优化设计方法,给出了构造一类各向同性的Stewart并联结构六维力/力矩传感器的新方法,为该类传感器设计提供了新路线。

3-PRC并联机构运动学分析及结构参数优化

根据3-PRC并联机构的结构特点,分析了并联机构的运动学逆解,通过牛顿迭代法得到并联机构的运动学正解。使用SolidWorks、MATLAB和Adams软件对并联机构进行三维建模和运动学仿真,并验证了并联机构运动学正反解的正确性。为了限制整体结构尺寸并获得较大的工作空间,对相关结构参数进行了优化,最终通过三维搜索法得到机构的工作空间。

基于Stewart平台的6-SS并联天平结构优化设计

良态的雅可比矩阵决定并联机构的性能 ,并决定了其结构参数是否合理。本文利用矩阵的 F-范数研究一种新颖的并联天平力雅可比矩阵 ,以力雅可比矩阵的条件数为目标函数进行并联天平结构优化设计 ,推导出优化目标函数以 5个基本结构参数表达的解析式。利用数值解法求出目标函数关于过渡变量的最小值 ,并用矩阵2 -范数加以验证 ,找到 8种保证并联天平精度的优化结构。该法同时也为六维力

对称结构Stewart并联机器人的位置正解及构型分析

对具有对称结构的 6- 6SPS Stewart并联机器人的位置正解问题进行了研究 ,以活动平台的铰链坐标为未知量 ,按定杆长约束条件建立了对称并联机器人位置正解的数学模型 ;以结构参数和杆长变量作为修正变量 ,构造了一种新的系数同伦方程 ,运用该方法可以快速得到同类并联机器人的全部2 8组位置正解。这种方法可以方便地求出不同结构参数和杆长变量同类机构的位置正解 ,其数学模型简单 ,并且不依赖初值。基于位置正解对 Stewart并联机器人存在的实际装配构型进行了分析 ,给出了数值计算实例。

Stewart并联机构型天线座架故障监测策略与实验研究

Stewart并联机构型天线座架以其重量轻、无盲区的特点,应用日益广泛,为建立针对该机构的故障监测策略,提高天线的安全性。首先对Stewart并联机构关节空间故障类型进行分类,并分析了关节空间故障对操作空间的影响。其次依据多数故障所产生影响的共同性,提出将分支实际方向向量与理论方向向量进行比对,通过二者差异的变化对机构故障进行监测的安全策略。最后建立安全监测策略数学模型,进行数值计算分析和实验验证。实验结果表明采用分支实际方向向量与理论方向向量夹角变化作为判断依据,可即时发现Stewart并联机构故障的发生。故基于分支方向向量的故障监测策略,可作为保障Stewart并联机构安全运行的有效手段,同时鉴于并联机构分支间强耦合的共性,该方法也可作为制定其它构型并联机构安全监测策略的参考。

并联陶瓷三维打印机的运动性能分析与结构优化

根据并联陶瓷三维打印机的结构特点,首先对设备并联机构进行运动学分析获得运动学逆解,由雅克比矩阵计算工作空间中运动特性指标的分布趋势。以条件数和可操作度最优为目标函数,使用多目标优化遗传算法获得陶瓷打印机的优化结构参数,提升设备的综合运动特性,为打印机结构优化提供新的途径。最后在ADAMS对设备模型进行运动学仿真,说明设备并联机构的运动特性良好。

面向工作空间的Stewart型并联机床结构参数优化

以满足给定最小可达章动角球形主工作空间为条件 ,操作灵活度最优为目标 ,对 Stewart型并联机床的通用模型进行了结构参数优化。在最小可达章动角球形主工作空间的确定上 ,采用了随机抽样并对样本进行工作空间边界校验的方法。基于目标函数无法用设计变量显式表示且设计变量较多的特点 ,优化方法采用了遗传算法 ,其适应度函数用训练后的 BP神经网络来逼近。结果表明 ,该方法效果良好。

井下多级并联微旋流器流量均布性分析及优化

采用多级并联微旋流器的方式实现井下油水分离,不仅可以提高采出液含油体积分数,同时能够满足高处理量要求。在井下工作时,若油水分离设备与套管间形成的油套环空流场结构不合理,会导致每级微旋流器组得到的流量不均匀,影响多级并联微旋流器分离装置的整体分离性能。基于数值模拟和响应面Box-Behnken试验设计方法,构建了分离装置和套管形成的油套环空流体域的结构参数与流量不均匀系数、最大压力损失间的数学模型,并对模型的有效性进行了验证。分析结果表明:当每级入口间距为400 mm、每级入口角度为90°、总级数为3级、出入口面积比为0.5时,优化后的流量不均匀系数从0.02653减小到0.01289,降幅达51.41%;与初始结构对比,当雷诺数在3000~8000范围内变化时,优化结构的流量不均匀系数在各种工况下比较稳定,最大可减小0.04708,最小为0.01125;优化后的结构呈现了较好的流量均匀分配性能及适应性。所得结果可为井下多级并联微旋流器的设计及应用提供参考。

并联式蠕虫机器人的结构设计与实现

为了在地震、台风等自然灾害中有效地实施救援,降低灾后伤亡率,设计了一种用于抗震救灾的并联式蠕虫机器人。该机器人采用并联式机构,通过电推杆的伸缩运动实现对蠕虫动作的模仿。运用SolidWorks建立该机器人的三维模型,并进行试验验证。结果表明:该机器人可顺利实现前进、后退及转弯等运动;通过搭载感应拓展模块即可应对错综复杂的工作环境,具有良好的灵活性和环境适应性;能够实现人-机-环境的交互,可达到预期目的,具备一定的实用价值。

Stewart衍生型并联机器人的拓扑构型及结构模型

针对传统Stewart并联机器人耦合度较高导致运动学求解困难的问题,给出一种衍生拓扑构型,并详细设计了其结构模型。基于方位特征集理论,以单开链为支路单元,对机构的拓扑构型进行了剖析,计算了自由度和耦合度,结果分别为6和1;推导并验证了正向、反向运动学解析方程;为满足运动要求,发明了一种复合铰链以及一种可以转换主、从运动的移动副;加工制造了机器人的实物样机,并校核了重要零部件的强度,同时还得出实物样机可承受的最大静态载荷约为12000 N。上述方案及结论为六自由度并联机器人的结构优化、动力学控制奠定了理论基础。

Stewart平台神经网络非奇异终端滑模控制

针对Stewart平台的六自由度(six degrees of freedom,6-DOF)轨迹跟踪问题,提出一种基于神经网络的非奇异终端滑模控制方法并应用于Stewart平台的位置姿态控制中。通过分析Stewart平台的位置反解和速度反解,建立运动学方程,利用牛顿-欧拉方程建立动力学方程,并结合加速度反解得到了平台的状态空间表达式;基于非奇异滑模面函数,设计非奇异终端滑模控制律。考虑到径向基函数(radial Basis function,RBF)神经网络的逼近特性,采用RBF神经网络对模型未知部分进行自适应逼近,并利用Lyapunov第二法设计了自适应律;通过仿真证明控制器设计的有效性。仿真结果表明,相比于比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器,提出的RBF神经网络非奇异终端滑模控制器具有更好的轨迹跟踪精度和动态特性。