绳牵引并联机器人弹性变形对动平台位姿精度的影响

针对六自由度绳牵引并联机器人在风洞试验中的应用,分析了牵引绳弹性变形对动平台位姿精度的影响,其实质是运动学正解问题。鉴于牵引绳只能受拉力的特点,以及风洞试验的目的,须考虑系统的刚度和绳拉力的优化。基于系统运动学和动力学方程,推导了系统刚度矩阵;以提高系统主方向刚度为目标函数,对绳拉力进行了动态优化分布,以求解弹性变形;采用L-M数值方法进行运动学正解,量化分析了两种不同弹性模量的牵引绳对系统刚度的影响,以及弹性变形引起的动平台位姿误差。研究结果表明,以刚度增强为优化目标,有利于提高系统稳定性;采用弹性模量较大的牵引绳,可以有效提高系统的刚度,减小绳长变形引起的飞行器模型位姿误差,满足风洞试验的精度要求。上述结果可为后续机构的改善和系统高精度的力位混合控制提供依据和指导。     

基于动态松弛法的柔索驱动并联机器人位置正解分析

根据悬链线解析表达式推导出悬索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的动平台的作用力.动态松弛法可以从任意的初始状态开始,通过简单迭代而使系统达到静平衡状态.将该方法应用到柔索驱动并联机器人的位置正解分析中,可以得到与特定索长对应的动平台位姿.以舱索系统为例验证了方法的正确性.     

惯性平台并联缓冲器复位精度的分析与综合

以一种用于惯性平台的并联缓冲器为研究对象,分析了其动平台位姿误差与各结构参数误差间的关系。首先,利用全微分理论建立了并联缓冲器的精度模型;然后,结合实际制造精度给定各结构参数误差的值,利用此模型估算出了缓冲器动平台的输出误差;最后,以尽量缩小各结构参数误差值的差异为附加约束条件,建立了精度综合的最优化模型,并根据惯性平台对精度的实际要求进行计算,结果表明：将动平台的复位精度控制在15?以内时,相应的结构参数制造公差应小于0.0134 mm。     

基于多点动态捕捉的机器人关节位移与几何参数标定

机器人关节位移及几何参数误差是导致位姿出现误差的主要原因,对二者进行高精度标定可提高机器人的绝对精度．传统标定方法的精度受机器人位姿的影响,且需多次实验．本文提出一种基于多点动态捕捉测量的标定方法,可通过单次实验,同时标定串联机器人的关节位移和几何参数．首先基于多点动捕测量获取机器人各连杆上靶标点的3D坐标,结合罗德里格斯变换实现关节位移的求解．其次结合机器人运动学模型和坐标转换关系,实现几何参数误差小量的标定．对方程线性化处理以提高计算效率,并用最小二乘法降低噪声对结果的影响．最后通过对6自由度串联机器人进行仿真,验证了该标定方法的可行性．     

并联机器人刚度与静力学研究现状与进展

并联机器人的刚度与静力学分析, 对于机构力学性能研究具有重要的理论价值和意义. 本文围绕杆支撑、绳牵引和钢带传动 3 种结构形式, 详细阐述了国内外并联机构刚度和静力学分析的研究现状. 着重从有限元、解析模型和性能分析 3 方面分析了杆支撑并联机构的刚度研究进展. 讨论了有关绳牵引并联机构中绳拉力、动载荷频率、绳牵引预紧力与刚度、静力学之间关系的研究成果. 根据钢带并联机器人结构的特殊性, 对钢带并联机构的刚度与静力学分析中可能遇到的失稳与振动问题进行了探讨. 最后, 对并联机器人技术发展情况进行总结与展望, 指出随着刚度分析与静力学分析的不断深入, 并联机器人的力学理论将会日趋成熟和完善, 为并联机器人机构优化设计提供更深入、系统的理论依据.      

考虑轴力二阶效应的损伤梁弯曲摄动解

将损伤梁等效为阶梯型变刚度Euler-Bernoulli梁,利用Heaviside广义函数,给出了阶梯型变刚度梁抗弯刚度的统一表达式．在此基础上,考虑轴向压力二阶效应,并以损伤为摄动参数,得到了均布横向载荷作用下,简支损伤梁弯曲挠度的一阶和二阶摄动解析解,并数值分析了摄动解析解的精度和损伤梁的弯曲变形特性,结果表明：随着轴向压力和刚度损伤参数的增加,挠度一阶和二阶摄动解析解误差增加,挠度二阶摄动解析解误差通常小于其一阶摄动解析解误差,且二阶摄动解的误差很小,满足工程应用的精度．同时,损伤梁的挠度和转角分布与完整梁的挠度和转角分布差异较大,在刚度变化位置处损伤梁转角斜率存在突变．这些结果可为轴力作用下Euler-Bernoulli梁损伤识别提供理论支撑．     

基于灰色模型和改进粒子滤波的无人机视觉/INS导航算法

为了提高无人机视觉/INS组合导航系统的位姿估计精度,提出了一种基于灰色模型和改进粒子滤波的无人机视觉/INS导航算法。首先,针对视觉传感器数据易受外界因素干扰的问题,利用灰色预测理论建立基于视觉的位姿解算数据灰色模型,减小视觉解算数据误差对导航精度的不利影响;然后,引入萤火虫算法改进粒子滤波的重采样过程,并采用改进后的粒子滤波算法实现并提升视觉/INS组合导航系统的位姿解算精度。最后,自主搭建了四旋翼无人机实验平台。实验结果表明,采用扩展KF滤波的无人机组合导航算法将位姿估计的误差控制在3.2 cm内,所设计算法可以将误差控制在2.3 cm内,无人机位姿估计精度水平提高了39%。     

基于理想点法的液体静压支承系统多目标参数优化设计

利用多学科优化理论,以液体静压支承系统的结构最大位移最小、单元最大Von Misses应力最小为优化目标,以无量纲的材料弹性模量和油膜刚度作为设计变量,利用响应面方法,将满足结构强度和刚度条件的目标函数进行显式化,建立了以结构综合性能指标为目标的单目标优化模型,通过求解获得了提高系统力学性能的参数条件.本文的研究工作对...     

基于内阻尼的捷联航姿算法

捷联惯性航姿系统自身的特征就是误差存在舒勒周期振荡和傅科周期振荡,这就限制了捷联惯性航姿系统的精度。为了提高系统精度,将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中误差通道的三阶内阻尼网络,利用系统自身的速度信息来阻尼周期振荡,同时在内阻尼思想基础上提出了基于内阻尼的捷联航姿算法。由于改变了舒勒调谐的条件,内阻尼算法只有在加速度较小的条件下才能适用。通过数字仿真证明,在载体加速度较小的条件下,新的算法能够抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,提高了捷联惯性航姿系统的精度。     

旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差,从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度,并进行了系统仿真实验。仿真结果表明:经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。     

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 dy- namics,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.     

爆炸试验室基础隔振系统设计与应用

针对某爆炸试验室的基础隔振系统的改造，首先提出了一种由钢丝绳和碟形弹簧组合而成的新型隔振器，给出了相应的基础隔振方案，并对组合隔振器进行了试验研究。然后，采用两自由度、有阻尼计算模型对隔振系统的动力反应进行非线性分析，研究了隔振层刚度和阻尼对隔振系统动力反应的影响，优化选择了隔振系统的有关参数。研究结果表明,当隔振层刚度约为110 kN/mm，阻尼比为0.20~0.35时，隔振层动荷载接近最小，且其他动力反应满足设计要求。改造后的爆炸实验室的抗冲击能力比改造前提高了50％。     

纳米铜丝尺寸效应的分子动力学模拟

采用EAM原子势函数对不同截面尺寸纳米铜丝拉伸性能进行了零温分子动力学模拟。研究表明截面变化对纳米丝拉伸性能有明显影响。由于表明原子弛豫，纳米丝存在表面张应力以及与之相平衡的内部应力。这种本征应力的存在是纳米丝尺寸效应的根源。纳米丝截面减小，则拉伸强度提高、屈服推迟、初始拉伸模量的软化程度增加。     

用于柱形爆炸容器周向大变形历程测量的应变丝技术

为了测量柱形爆炸容器的动态周向大变形历程,开发了应变丝测量技术。选用性能良好的合金丝沿爆炸容器周向固定,容器膨胀变形驱动合金丝同步伸长,配合适当的电路,检测合金丝的电阻变化,从而获得容器的变形历程。在钢筒的中心进行了120 g TNT当量球形装药下的爆炸加载实验,获得了峰值超过20%的钢筒周向变形历程。测量结果与实验后钢筒变形实测结果及数值模拟结果吻合较好。     

SHPB试验中岩石试件的端面不平行修正

为研究短圆柱体岩石试件端面不平行对岩石动力学特性测试结果的影响,采用有限元分析软件LS-DYNA对9种端面不平行度和5种杨氏模量的岩石试件开展SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验数值模拟,对岩石选用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型。数值模拟结果表明,当端面不平行度在0.40%以内时,端面不平行对动态应力测试结果的影响可忽略不计;但对动态应变测试结果的影响较大。当杨氏模量一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随端面不平行度增大呈线性增大;当端面不平行度一定时,平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随杨氏模量增大也呈线性增大。对数值模拟得到的平均应变率测试误差和峰值应变测试误差实施二元线性回归分析,提出了SHPB试验中端面不平行岩石试件平均应变率和峰值应变的修正公式。     

服役导线的力学性能退化研究

为更清楚地了解阳江35kV服役导线的运行状态,从分析导线断线原因出发,通过对老旧导线的单丝断裂强度、弹性模量、应力应变曲线、拉断力、抗拉强度等综合指标的测试与分析,研究服役导线的力学性能,由试验结果得出:35kV老旧导线钢芯的直径变化对于架空导线的外径变化有直接的影响,老旧导线的铝线直径变化较小,其外径增大1.67%~4.24%;钢单线的拉断应力仍能达到标准中规定值的106%,且伸长率也满足要求;部分铝线的抗拉强度低于95%;绞线拉断力仍能达到95%的计算拉断力。但是相同规格下的老旧导线的抗拉强度比新导线的抗拉强度低2%~18%。结果表明:阳江地区服役三十年以上的老旧导线在力学性能上仍能继续承载。     

大型客机襟翼滑轨布置优化设计方法研究

为了对大型客机襟翼滑轨进行布置,满足刚度连续变形协调的设计要求,该文阐述了襟翼的结构及受力形式,对襟翼进行合理的工程简化,确定了支点形式,依据结构力学基本理论对襟翼刚度进行计算和拟合,基于襟翼受载变形协调,建立优化模型,提出了一种双支点襟翼支点的位置优化方法,该方法对其他悬挂式或支撑式活动舵面的支点位置确定提供了有益的参考.     

Atomistic simulation of the structure and elastic properties of gold nanowires

We performed atomistic simulations to study the effect of free surfaces on the structure and elastic properties of gold nanowires aligned in the 〈100〉 and 〈111〉 crystallographic directions. Computationally, we formed a nanowire by assembling gold atoms into a long wire with free sides by putting them in their bulk fcc lattice positions. We then performed a static relaxation on the assemblage. The tensile surface stresses on the sides of the wire cause the wire to contract along the length with respect to the original fcc lattice, and we characterize this deformation in terms of an equilibrium strain versus the cross-sectional area. While the surface stress causes wires of both orientations and all sizes to increasingly contract with decreasing cross-sectional area, when the cross-sectional area of a 〈100〉 nanowire is less than , the wire undergoes a phase transformation from fcc to bct, and the equilibrium strain increases by an order of magnitude. We then applied a uniform uniaxial strain incrementally to 1.2% to the relaxed nanowires in a molecular statics framework. From the simulation results we computed the effective axial Young's modulus and Poisson's ratios of the nanowire as a function of cross-sectional area. We used two approaches to compute the effective elastic moduli, one based on a definition in terms of the strain derivative of the total energy and another in terms of the virial stress often used in atomistic simulations. Both give quantitatively similar results, showing an increase in Young's modulus with a decrease of cross-sectional area in the nanowires that do not undergo a phase transformation. Those that undergo a phase transformation experience an increase of about a factor of three of Young's modulus. The Poisson's ratio of the 〈100〉 wires that do not undergo a phase transformation show little change with the cross-sectional area. Those wires that undergo a phase transformation experience an increase of about 10% in Poisson's ratio. The 〈111〉 wires show, with a decrease of cross-sectional area, an increase in one of Poisson's ratios and small change in the other.     

基体材料对铝蜂窝动态强化特性的影响

为了明确基体材料对铝蜂窝动态强化行为的影响,首先从铝蜂窝结构中取出蜂窝壁,制成小试样并对其进行了力学性能测试,然后对几何参数相同而基体材料不同的2种铝蜂窝材料分别进行了单轴面外静态和动态压缩实验。实验结果表明, 2种铝蜂窝均存在明显的动态强化现象,但动态强化率存在显著差异。横向惯性理论可以解释蜂窝的动态强化行为和强化率的差异:基体材料应变硬化率高的铝蜂窝,其面外方向的动态强化现象相对更显著。