绳牵引并联机器人弹性变形对动平台位姿精度的影响Influence of elastic deformation on pose precision of moving platform for wire-driven parallel robot

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。     

索牵引并联机器人静态平衡位置的正解研究

研究了一种大跨度但运动缓慢的索牵引并联机器人的位置正解问题,此时可认为系统处于静平衡状态,但必须考虑柔索垂度的影响。索牵引并联机器人的静态平衡位置的正解就是确定机器人末端执行器的位置和姿态,使得系统能在给定的柔索长度下处于静平衡状态。这涉及到系统的非线性力学分析而不仅仅是一个几何问题。本文采用悬链线方程描述柔索的力学特性,结合索端位移与机器人末端执行器位移之间的关系推导出机器人的末端执行器位移与索长变化之间的增量关系,据此提出一种迭代策略完成正解计算。数值算例验证了本文方法的有效性。     

关节混合空间控制下的冗余绳驱并联机器人绳力分布特性分析

绳驱并联机器人是由绳索代替刚性杆件的一类特殊机器人,其中绳索具有只能承受拉力而不能承受压力的特点,冗余绳驱并联机器人的绳力分配问题是一个难点.在关节混合空间控制中,将冗余的绳索组合采用绳力控制,而其余绳索进行绳长控制.因为不同的绳索组合可能导致不同的控制效果,本研究旨在解决关节混合空间控制条件下,力控绳索组合的选择问题.以二冗余绳驱并联机器人为例,通过向量空间基变换方法,实现了冗余绳驱系统绳力在拉力索张力空间的表达.基于拉力索张力空间,计算了绳力控制绳索组合的对称最大误差带,用于找到合适的绳索组合用于力控.使用多体动力学仿真手段,对关节混合空间的控制效果和对称最大误差带解析解计算方法的正确性进行了模拟验证.在同时考虑绳长和绳力控制误差的条件下,发现当选择不合适的绳索组合时,绳力误差会被显著放大,说明了本文针对绳力分布特性分析的意义.本文提出的对称最大误差带概念同时也为关节混合空间控制策略下的绳力控制器设计提供指导.     

基于视觉测量与神经网络的工业机器人位姿补偿

为提高六轴工业机器人的绝对定位精度,本文提出了一种利用视觉测量数据通过ELM(Extreme Learning Machine)神经网络实现机器人位姿补偿的新方法．利用固定在机器人末端的手眼相机获取机器人的末端位姿,并借助ELM实现机器人末端执行器从目标位姿到预测指令位姿之间映射,用修正转角代替原转角使机器人末端执行器运行至修正位姿,实现补偿．特别的是,对于使用的ELM,以网络预测均方误差为指标定量选取了网络的最佳参数．相比之前的方法,本文提出的算法具有能够同时高精度补偿姿态角及位置误差的显著优点．为验证该位姿误差补偿方法的有效性,本文进行了实验验证．结果表明,相比较于未补偿前的机器人末端位姿误差,经该方法补偿后的位姿误差被稳定控制在较低水平,平均位置误差降低89.1 %;平均姿态角误差降低96.8 %．除此以外,位置误差与姿态角误差的标准差也分别降低了85.66 %和93.24 %．     

弹性变形对滚动轴承负荷分布影响的光弹性研究

一、引言滚动轴承有很多优点,在国民经济各部门中得到广泛的应用,对滚动轴承的选择和寿命计算至今都是建立在轴承壳体、座圈、心轴完全刚胜、径向间隙为零以及半数滚动元件承受负荷等理想条件基础上的,从而得出滚动体接触力的余弦分布及其最大峰值发生在中间最低位置滚动体上等结论。实际上,无论是用于高转速还是低转速情况的各类滚动轴承,其壳体     

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。     

基于有限时间收敛的双臂空间机器人捕获卫星主动对接力/位姿阻抗控制

针对双臂空间机器人捕获卫星主动对接力/位姿阻抗控制进行了研究.为防止捕获过程中机械臂末端执行器与卫星接触、碰撞时产生的冲击载荷对机器人关节造成冲击破坏,在各关节电机与机械臂之间加入了一种弹簧阻尼缓冲机构.该机构可通过弹簧实现冲击力矩的卸载,阻尼器则用于因弹簧引起的柔性振动的抑制.为解决捕获过程中的非完整动力学约束及捕获后混合体系统的协调控制问题,结合牛顿第三定律、捕获点的速度约束及闭链几何约束,获得捕获后混合体系统的动力学方程,且通过动量守恒关系计算碰撞冲击效应与碰撞冲击力.通过分析对接装置在载体坐标系下的运动学关系,建立对接装置相对载体的运动雅可比矩阵,并基于此建立基于力的二阶线性阻抗模型,实现对接装置输出力的精确控制.考虑到主动对接操作过程要求控制器具有收敛速度快,控制精度高的特点,通过结合终端滑模与超扭滑模的特点,提出一种非奇异快速终端滑模阻抗控制策略.该策略即能实现主动对接操作中位姿与输出力的快速响应,又能有效地抑制滑模的抖振以保证控制精度.通过Lyapunov定理证明系统的稳定性;利用数值模拟验证缓冲装置的抗冲击性能及所提阻抗控制策略的有效性.     

生长对超弹性球壳变形和稳定性的影响

应用连续介质力学有限变形理论建立受内压作用不可压超弹性球壳大变形问题的力学模型, 且运用基于变形梯度张量极分解的弹性体积生长理论分析生长对不可压超弹性球壳变形和稳定性的影响. 通过对球壳变形与内压关系式的数值计算得到不同生长条件下球壳的变形曲线和应力分布曲线及由生长引起的残余变形和残余应力分布. 计算结果表明生长对球壳变形特性有明显的影响, 生长影响球壳可产生不稳定变形的临界壁厚和临界内压, 且在某些情况下可改变球壳的稳定性. 生长在球壳中可产生一定的残余变形和残余应力, 对球壳中的应力分布有一定的影响. 另外当生长的程度足够大时, 即便没有外力作用,球壳仅在生长引起的残余应力作用下也可产生不稳定变形.      

主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响

实际工程中的地基或路基的土体往往处于复杂初始应力状态,在地震或其他动荷载的作用下会出现变形和沉降,而常规的室内土工试验无法真实再现这种固结应力条件下土的动力特性。通过对原有的DTC 199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后可进行土体在主应力轴发生旋转时的压实黄土动变形的试验研究。结果表明,在其他固结条件不变的情况下,初始主应力方向角α对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着α的增加,动剪切模量有减小的趋势,最大动剪应力也逐渐减小,但是α对最大动剪切模量的影响不太显著。初始主应力方向角α对压实黄土的阻尼比基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。     

基于对偶四元数的双星编队相对位姿测量

为了描述编队卫星中主从星的相对位置和姿态信息,提出了基于对偶四元数的编队卫星相对位姿测量算法。以双星编队飞行的位姿运动为主线,运用对偶四元数工具,充分发挥其能以最简洁的形式表示一般性刚体运动的优点,对卫星轨道和姿态进行分析并建立了对偶四元数位姿模型。同时设计类GPS测量技术来测量编队卫星的相对位置和姿态,该技术载波相位波长和伪码码元比GPS的更短,可获得更高精度的相对测量信号。由于状态方程和观测方程的非线性特征,使用UKF滤波来消除随机噪声对量测过程的干扰。实验结果表明,所设计的算法能够有效估计系统误差,卫星的位置误差和四元数误差收敛于零,验证了该算法的有效性。     

负压爆炸载荷和数据采集间隔对弹性开孔板动应力集中的影响

基于ANSYS 7.0/LS-DYNA程序,对3 m3 m四边简支,厚度0.025 m,中心开有0.3 m0.3 m方孔的弹性板,在正压和负压三角爆炸载荷作用下的应力响应进行了分析,利用能量密度时间分布函数（TDFED）确定了动应力集中因子,并给出其计算步骤。计算结果表明计算总时间和数据采集时间间隔对动应力集中因子影响较大,而负压荷载影响较小。     

ACL单束/双束重建对多屈曲角位姿的胫股关节力学特性影响

进行膝关节的轴移仿真, 在证实了单例个体膝关节的重建模型能反映不同重建术后膝关节力学特性有效性的基础上, 应用SONATA MAESTRO 1.5T扫描得到的屈曲角位姿为0°/25°/60°/80° 的膝关节MRI图像数据, 建立了对应屈曲角的正常/ACL(anterior cruciate ligament)单束/双束重建胫股关节3D模型, 通过对该系列关节模型施加轴向压力与压扭载荷, 来分析多屈曲角度位姿的ACL单束/双束重建法对胫股关节软骨、半月板和韧带应力分布影响及韧带张力特性影响. 结果表明: (1) ACL单束/双束重建关节的软骨与半月板上的应力分布改变跟屈曲角度相关, 某些角度位姿下软骨应力分布改变显著; (2) 单束重建关节的软骨和半月板上的最大等效应力有较明显的增大, 最大增幅达40%左右; 双束重建关节在各屈曲角位姿下软骨和半月板上的最大等效应力值更接近于正常关节; (3) ACL单束重建虽降低了PCL(posterior cruciate ligament)的最大等效应力值, 却使高屈曲角位姿的内侧/外侧副韧带等效应力明显增大; 双束重建后MCL(medial collateral ligament)上的最大等效应力随屈曲角的变化明显, 但LCL(lateral collateral ligament)和PCL的最大等效应力随屈曲角度的变化趋势与正常关节相一致性; (4) 单束/双束重建后MCL上平均张力要高于另外两条韧带, 而双束重建的韧带张力特性比单束重建更接近于正常关节. 总之, 综合ACL重建后软骨、半月板和3条韧带随屈曲角度的等效应力分布、张力变化等多种特性表明: ACL双束重建的胫股关节力学特性比单束重建更接近于正常关节, 且无论ACL单束还是双束重建, 都引起术后关节软骨与韧带上应力分布变化与等效应力峰值增大, 这将是诱发术后关节慢性退变与膝关节并发症的根源.     

考虑水弹性影响的水下航行体结构动响应研究

考虑水弹性的影响,计及惯性力、水动力和弹性力之间的相互耦合作用,将水动力学方程和结构动力学方程联合求解,采用三维势流理论和边界元法推导并计算了水下航行体结构的附加质量矩阵,对带空泡水下航行体出水过程中的结构动响应问题进行了分析.      

不同界面计算方法对液滴在电场作用下变形数值模拟精度的影响

液滴在电场作用下的变形是电流体动力学的基础课题之一,表面张力的计算精度对液滴变形量的模拟结果有重要影响。本文以开源计算流体动力学平台OpenFOAM的VOF模型为框架,研究了MULES和isoAdvector两类界面更新算法与相分数梯度和RDF函数两类曲率算法对电场作用下液滴变形模拟精度的影响。研究表明,isoAdvector算法相比MULES算法对网格密度的要求更低,但其耦合相分数梯度算法计算表面张力的误差较高。isoAdvector算法耦合RDF函数算法计算误差较低,并且在使用轴对称网格时,只有该算法能够同时处理液滴平行于电场和垂直于电场方向的变形,得到的数值结果与解析解吻合较好。     

仿真转台机械回转精度对测量精度的影响分析

仿真转台机械回转精度主要受轴承、台体形变和安装等造成的误差的影响,它们同编码器自身的误差一同决定了测角误角。因此作主要针对Ｕ型框架分析了回转精度对测角精度的影响,经过理论分析和实验研究发现了其中影响测角精度的主要原因,并提出了调整方法。     

测试设备输出误差对航姿系统测试的影响

圆锥误差是评定航姿系统精度的一个重要指标,一般可通过测试设备模拟圆锥运动进行研究,然而由于测试设备提供的测试输出信号不精确,给航姿系统的测试引入较大误差,作通过误差分析的方法研究了测试设备输出误差对航姿系统输出的影响,给出了测试输出误差与航姿 系统测试误差的关系表达式,以此为基础,确定了对测试设备输出精度的要求。     

用动光弹性法研究材料引入的分配层对应力波传播的影响

本文用动态光弹性模拟试验分析方法，观察和分析研究了材料不同的分配层对应力波在结构中传播的影响，比较分析了冲击荷载产生的应力波在洞室结构顶部的传播及相互过程，得到指定点处的应力—时间关系曲线，为结构震塌机理的进一步的研究和防护结构的改进提供参考。     

环境条件对惯性导航系统精度的影响

惯性导航系统在舰船上动态条件工作时,其性能与在实验室中静态条件工作时相比往往出现大的变化,而这些变化又大都与环境条件有关,本文根据实船调试经验,就有关环境条件(如摇摆、航向变化、振动以及电气干扰等因素)对惯性导航系统精度的影响作一讨论。     

修正回路参数的精度与稳定性对惯导系统精度的影响

未来信息战争强调对惯性技术的依赖,尤其是发展中国家,仍将是以高精度自主式制导武器作为杀手锏,提高纯惯导的精度仍然是我们研究的方向.影响惯导精度的因素很多,本文主要讨论修正回路参数的精度与稳定性对导航精度的影响,并用某型号惯导飞行试验数据进行了仿真,仿真结果在后来的飞行试验中得到了验证.