基于轨迹-速度双目标的平面连杆机构设计

提出了一种在轨迹-速度双目标设计要求下优化综合连杆连续轨迹生成机构的方法.利用机构执行末端速度运动规律寻求平面连杆轨迹生成机构插值节点,使所选取的插值节点具有了运动速度要求的信息.基于该方法建立连续轨迹生成机构优化综合模型,以对应轨迹点差值最小作为优化目标函数,采用BFGS(Broyden-Fletcher-Gddfarb-Shanno)拟牛顿非线性优化算法优化计算机构尺寸.在设定曲柄匀速转动前提下,优化计算出了符合轨迹-速度设计要求的平面连杆机构尺寸,实现了预期的设计目标.最后比较了四杆机构和五杆机构实现实例的优化结果,表明了该设计方法的可行性和有效性.     

四自由度对称并联机器人结构综合方法

利用螺旋理论,分析了少自由度并联机构中支链运动螺旋系与动平台约束螺旋系的关系,列举了五阶运动螺旋系的支链类型,在此基础上提出了一种四自由度对称并联机器人结构综合的方法,并利用该方法针对动平台3转动1移动的运动特征要求,进行了结构综合,得到多种具有对称结构的四自由度并联机器人机构类型.结果表明:少自由度并联机构的运动与约束通过螺旋数学模型来表达简单直观,便于机构的型综合;同时该方法针对给定动平台的运动特征,可以方便快捷地进行对称结构的型综合,有利于少自由度并联机器人机构的结构创新,为少自由度并联机构的优化设计奠定了基础.     

组合体机动中可变形桁架运动规划研究

目前对空间组合体中可变形桁架（VariableGeometryTruss,VGT）运动规划问题的研究集中在各级均为单自由度或离散二状态等简单结构的情形,未解决所有可调长度杆都能够自由运动的复杂结构运动规划问题。文章根据组合体的几何关系,建立了递推位姿运动学模型,再由自由漂浮系统动量守恒,建立了微分运动学模型。给出了单级VGT变化序列与运动时间分开设计的两步运动规划方法,并在优化目标中加入能量项,给出了多级冗余VGT的运动规划方法。最后通过仿真验证了算法的有效性,在算例中优化指标为J=0.8798,该方法对以VGT作为空间操作机构的组合体研究具有一定工程指导意义。     

飞机起落架收放及转轮复杂空间机构的位置综合和碰撞检测

本文主要应用方向余弦矩阵配以拆杆拆付法,对飞机起落架收放及转轮复杂空间机构进行位置综合。着重推导了起落架机构的设计计算公式,并讨论了机构运动中杆件的碰撞检测问题。     

6杆并联机构运动学及杆受力的仿真

在给定的工作空间下,对6杆并联机构动平台的运动过程进行了仿真,用计算机程序模拟了动平台做圆周平动及定点摇动时的速度、加速度及各杆受力的变化情况.通过动平台的速度和加速度曲线,分析了影响动平台运动的准确性和平稳性的原因;通过6根杆的最大受力和动平台最大加速度之间的关系,表明并联机构在给定的工作空间中具有较好的操作灵活性,并可使动平台达到较大的速度和加速度.本文研究结果为并联机床的控制提供了必要的参考.      

空间2-RSSS机构的误差分析

对低速运动带间隙空间2-RSSS机构的误差展开研究,首先建立了带间隙的空间2-RSSS机构的误差模型,并基于二力杆假设把约束副间隙误差转化成为杆长误差,在保持精度的条件下简化了误差模型.其次推导了敏度矩阵的参数化表示,并建立了该机构的误差仿真模型,求解了敏度矩阵的参量,该敏度矩阵解法结合了符号推导的规律性明显和数值计算结果精确的优势.最后基于数值仿真验证了近似敏度矩阵求解的有效性,并对该机构的误差进行了分析,给出了在确定加工精度条件下约束副间隙影响指向误差的关键参数以及这些关键参数的优化设计准则.      

基于变胞原理的一种探测车机构设计与分析

提出了一种具有特殊结构的六杆球面变胞机构,并对该机构进行了构态变化分析,给出了在不同构态时机构的邻接矩阵.依据机构在不同构态时的特殊性质,将该球面变胞机构应用于变结构腿轮式探测车车身的设计.通过车身机构的自我重构以及腿式和轮式结构的变换,使这种探测车能更好地适应星球等复杂环境的探测.对此新型变结构机器人的结构进行了详细的描述,并对机构的自由度进行了分析,同时给出了探测车的典型变形构态.      

数控蒙皮横拉机运动分析与仿真控制

进行了某数控蒙皮横拉机的机构分析,开发了机构运动反解软件.并在UG软件中进行了机构的运动建模与计算机仿真.运动反解与计算机仿真的相互验证,确定运动反解软件的准确性.实现了拉形过程有限元模拟与拉形机作动筒伸缩控制的结合,为该设备的精确控制及效能发挥提供了技术基础.      

空间六杆机构的误差分析及考虑公差和间隙的多目标优化综合

本文主要以5R—C机构(R表示转动副,C表示圆柱副)为例,进行了空间六杆机构的误差分析与多目标优化综合。为便于上机计算,对于多杆空间机构误差分析中所用的偏导数,文中利用机构封闭性的各种等同条件,通过含有较少中间运动变量的线性方程组求得。对于各种常见运动副中的间隙误差矢量采取了折算为有关结构参数的附加量的方法,通过所建立的随机模型进行了统计分析以得到实际影响大的统计量。在误差分析的基础上,本文进一步对空间连杆机构提出了通用性较强并且考虑公差和间隙的多目标优化程序。     

复杂多环路连杆机构曲柄判定的分支图识别法

曲柄是连杆机构运动学分析的一个重要环节，其决定着机构的运动状态。现有的Grashof定理、N杆旋转定理可以很好地解决只含有转动副单闭环连杆机构的曲柄判定问题，但对于广泛应用于航空航天的复杂多环路连杆机构的曲柄判定，至今没有通用有效的解决手段。基于此，提出了复杂多环路连杆机构曲柄判定的分支图识别法。通过复杂多环路连杆机构内各个环路的杆件关系不等式，确定了其曲柄存在的第一个充分条件；结合连杆机构的运动分支识别图活动关节旋转范围确定了曲柄存在的第二个充分条件。在归纳了曲柄存在充分条件基础上，利用所提方法在平面4R、5R连杆机构做了实例分析，并与现有公认结果进行对比，验证了方法的有效性。在仅含转动副复杂多环路Stephenson六杆机构上进行了曲柄判定，证明了方法的可行性。      

一种带移动副平面六连杆机构分支识别方法

带移动副平面六连杆机构的分支、运动缺陷、运动范围等的判别是机构运动特性研究的重要指标。首先,将带2个移动副或3个移动副的平面六连杆机构分为四环链及五环链,引入欧拉公式、三角换元等方法,得到带移动副机构在极限位置（包括死点、分支点）的具体构型、具体关节输入输出关系以及关节旋转空间。其次,将2个链路结合,提出带2个移动副及3个移动副平面六连杆机构的分支识别方法。最后,通过实例验证,得到机构的分支点、死点及关节在所有极限位置的具体角度,为带移动副机构分支的自动识别提供了一种简便有效的方法。      

复杂交通场景中多运动目标分割算法

针对室外复杂交通场景中多运动目标分割问题,提出了一种由变化检测和运动分割组成的算法,利用水平集算法对帧差图像进行变化检测得到运动窗口,在运动窗口范围内进行改进的k-均值聚类分割,利用运动相似性进行分割区域融合.算法避免了整个图像的分割,减少了运算量,完整的分割出运动目标.试验结果表明,算法不仅能从复杂交通场景图像序列中有效的检测和提取出运动目标并有很强的鲁棒性,而且能够解决运动目标的遮挡问题.      

Matching trajectory optimization and nonlinear tracking control for HALE

This paper concerns optimal trajectory generation and nonlinear tracking control for stratospheric airship platform of VIA-200. To compensate for the mismatch between the point-mass model of optimal trajectory and the 6-DOF model of the nonlinear tracking problem, a new matching trajectory optimization approach is proposed. The proposed idea reduces the dissimilarity of both problems and reduces the uncertainties in the nonlinear equations of motion for stratospheric airship. In addition, its refined optimal trajectories yield better results under jet stream conditions during flight. The resultant optimal trajectories of VIA-200 are full three-dimensional ascent flight trajectories reflecting the realistic constraints of flight conditions and airship performance with and without a jet stream. Finally, 6-DOF nonlinear equations of motion are derived, including a moving wind field, and the vectorial backstepping approach is applied. The desirable tracking performance is demonstrated that application of the proposed matching optimization method enables the smooth linkage of trajectory optimization to tracking control problems.     

基于分段常值推力的水滴悬停构型控制策略

针对航天器编队飞行任务对相对运动控制的要求,研究了在分段常值推力控制下航天器受迫绕飞构型的设计与控制问题。首先,基于脉冲控制下的水滴悬停构型,提出了多段常值推力控制实现水滴悬停构型的打靶方程;将打靶方程转化为求解极值问题,采用最小二乘法来求解;分析了一段常值推力可行性。然后,以连续常值小推力控制方程为基础,推导了小邻域定理,分析了近距离相对运动条件下两段常值推力控制的可行性;针对可能出现求解精度差的问题,提出了小推力增量方程来修正精度,并证明在靠近理想解的情况下多次迭代可以趋近于理想解。最后,通过数值仿真实现常值小推力控制下的水滴悬停相对运动。数值仿真结果表明常值小推力控制策略可行,研究成果完善了航天器受迫绕飞构型设计与控制的相关理论,为工程应用提供参考。      

卫星沿轨道运动对地面覆盖带外沿轨迹的确定

根据单参数平面曲线族包络线求解原理,给出了卫星沿轨道运动对地面覆盖带外沿轨迹的解,井讨论了地球旋转对地面覆盖带的影响。     

可变后掠翼联动驱动机构设计与尺寸综合

可变后掠翼飞行器通过改变其机翼后掠角，可实现在不同飞行速度条件下，达到最佳飞行状态。为了实现在单驱动下机翼后掠角变化时，同时实现机翼部分蒙皮的展收，基于平面复合连杆机构，提出一种可变后掠翼联动驱动机构。为了解决该机构函数生成与运动生成综合相结合的尺寸综合问题，将复合连杆机构拆分为3个子机构，通过矢量方程法对机构进行分析，建立复合连杆机构的矢量环路方程，并对机构的可动性进行分析。结合机构矢量环路方程，提出一种利用优化算法与运动学分析软件判断机构可动性、优化机构性能的尺寸综合方法。结合相应实例，使用所提方法对机构进行设计，获得了满足可动性要求、尺寸约束，且包络面积最小的机构尺寸构型，证明了所提方法的有效性。      

基于θ-D非线性控制方法的伴随轨道控制

为了实现燃料消耗最少的伴随轨道控制,研究使用θ-D次优非线性控制方法设计伴随轨道的优化控制律。相对运动模型中考虑了地球形状摄动的影响,且适用于在椭圆轨道上运行的目标航天器。采用状态变量增广法,对相对运动模型进行处理,以满足θ-D控制方法的要求。采用相对轨道要素设计了理想的基准伴随轨道。仿真计算结果表明,所设计的控制律是稳定的,能够以较少的燃料消耗实现伴随轨道的控制。     

弹道中段多目标微多普勒分离方法

针对窄带雷达获取的多目标回波中微多普勒信息相互交叠、难以分离与提取的问题,提出了一种基于拍卖算法和小波分析相结合的多目标微多普勒分离方法。在滑动散射模型的基础上,首先通过对回波信号进行预处理得到时频骨架,再根据弹道目标多普勒的变化规律及估计的进动周期定义路径长度,利用拍卖算法提取出多条多普勒曲线对应的最短路径,最后采用小波分析法消除多普勒曲线中的剩余平动分量,实现了多目标微多普勒的分离。仿真结果表明,该方法能够较好地解决交叉区域的路径选择问题,且抗噪性较好,适用于多种微动形式。