数控机床通用几何误差补偿关键技术的研究

研究解决了设计及误差的多体系统运动学模型的建立问题,推导出数控机床通用误差描述方程和通用精密加工条件方程,提出不定参量条件下的逆变数控指令值的计算机自动求解方法,将多体系统运动学理论与面向对象的程序设计方法完美结合。     

基于多智能体强化学习的空间机械臂轨迹规划

针对某型六自由度（DOF）空间漂浮机械臂对运动目标捕捉场景,开展了基于深度强化学习的在线轨迹规划方法研究。首先给出了机械臂DH （Denavit-Hartenberg）模型,考虑组合体力学耦合特性建立了多刚体运动学和动力学模型。然后提出了一种改进深度确定性策略梯度算法,以各关节为决策智能体建立了多智能体自学习系统。而后建立了"线下集中学习,线上分布执行"的空间机械臂对匀速直线运动目标捕捉训练系统,构建以目标相对距离和总操作时间为参数的奖励函数。最后通过数学仿真验证,实现了机械臂对各向匀速运动目标的快速捕捉,平均完成耗时5.4 s。与传统基于随机采样的规划算法对比,本文提出的自主决策运动规划方法求解速度和鲁棒性更优。     

基于3RRS-Bricard复合空间捕获系统运动学分析

面向跨尺度、目标多样化的空间捕获任务,融合Bricard和3RRS机构的折展特性和几何特点对复合捕获系统运动学进行了分析。基于捕获系统的自由度和构型特点分析,通过构建Bricard与3RRS间的转换关系实现了捕获系统各机构间的运动学解耦。根据六棱柱模型,引入Bricard虚拟顶点,设计了面向复合空间捕获系统的运动学求解方法。在仿真环境下搭建捕获系统的运动学和动力学模型,并开展针对动态捕获目标的轨迹跟随实验。通过与基于闭环约束的阻尼最小二乘法（DLS）对比,验证了该运动学求解算法的有效性和先进性。实验结果表明,捕获系统可实现平稳的协同控制,运动过程中位置跟随精度优于4 mm,姿态精度优于0.035 rad。     

一种共轴式直升机操纵机构的运动学建模与分析

 共轴式直升机操纵机构的输入/输出运动学关系复杂、非线性严重,不同通道间控制耦合大,其中航向采用全差动的操纵机构最为复杂。为了分析用比例关系简化建模所引起的误差及利用逆运动学进行操纵系统线性化,必须对操纵机构运动学进行精确建模。针对一种航向全差动操纵机构,首先,运用机构学原理,通过去除过约束、局部自由度对机构进行简化,计算得到操纵机构自由度;然后,将操纵机构分为3个子模块,通过对每个模块应用空间机构位置分析方法进行正向、逆向运动学推导,建立系统完整的运动学模型;利用光学测量原理设计了测试系统,并通过实验验证了所建模型的正确性;最后给出了所建模型在共轴式直升机建模、操纵解耦及线性化方面的应用方法。     

基于CATIA和ADAMS的单级可调静子叶片系统仿真分析

以单级可调静子叶片系统为研究对象,运用虚拟样机技术在CATIA中建立单级可调静子叶片系统的三维实体模型,然后将其导入到ADAMS中进行运动学和动力学仿真,并分析仿真结果,验证了机构设计的正确性。与用其他CAD软件建模相比,在CATIA中建模能够自动将装配体中的约束转换为分析模型中的运动副或约束,大大方便了仿真设计,提高了设计效率。     

航天服软式上躯干主动适体方法

上躯干结构是航天服的基础部件,对服装的适体性具有直接影响。上躯干的适体性设计分为被动适体和主动适体,其中主动适体可实现软式上躯干结构的形态调节,获得最大程度的适体效果。应用Stewart平台原理开展软式上躯干主动适体方法研究。首先,探讨分析了Stewart平台的特点与运动学;其次,将Stewart平台控制原理应用于软式上躯干主动适体设计,提出了针对肩法兰的主动适体方法;再次,分析了主动适体方法的运动学,建立了主动适体方法的数学模型,并通过模型计算了主动适体方法的性能;最后,搭建了软式上躯干主动适体样机,开展了主动适体方法实验。研究结果表明,建立的针对肩法兰的软式上躯干结构主动适体方法可以有效地调节肩法兰的空间位置、角度,满足上躯干的主动适体要求,证明了应用Stewart平台建立主动适体方法的可行性。研究结果为未来航天服的适体性设计提供了参考。     

导弹弹射机构的建模及优化设计

建立了某导弹弹射机构的运动学和多体动力学数学模型,用机械等效动力学方法对机构进行分析.根据经典优化理论,在MATLAB中编写优化程序,对机构进行优化设计,从而获得符合设计要求的机构的最佳几何尺寸和气缸力.     

一种半自动压提环机新型送环机构设计

设计了一种半自动压提环机新型送料机构,对机构的运动学和动力学进行了详细分析,为后续机构的进一步优化设计奠定了理论基础。     

某型直升机跳伞安全性研究

本文介绍了直升机用于跳伞飞行的一种改装技术,文中应用运动学、直升机空气动力学计算方法,对某型直升机用于跳伞飞行进行了安全性分析研究,分析了从侧门和尾门跳伞的利弊,建立了某型机尾门跳伞时的运动学模型,分析了无尾门飞行的气动特性,计算和分析了某型机的操纵性和稳定性,为解决某型直升机跳伞存在的技术问题提供了理论支持.     

基于运动学方法的某型飞机增升机构装配特性计算与分析

针对某型飞机增升系统襟翼机构装配尺寸超差问题,提出基于机构运动学分析方法的襟翼机构装配特性研究技术方法。在建立该型飞机襟翼系统主要结构三维模型的基础上,采用运动学计算实现了襟翼机构收放过程的富勒运动仿真,该过程襟翼两端开度计算值与实测值吻合良好。开展襟翼装配仿真计算,将等效可调参数作为设计变量,通过水平正交试验得到襟翼装配尺寸特性和响应面规律,指导实际装配调试工作。     

一种基于旋量理论的自动钻铆机调姿反解算法

运动学反解是实现机床运动控制的技术基础,也是提高运动精度的技术保证。根据飞机装配自动化钻铆的需求分析,以龙门式自动钻铆机为研究对象,基于旋量理论建立其运动学模型。采用Paden-Kalan子问题模型和自动钻铆机上下末端执行器的几何关系相结合的方法,提出了一种基于旋量理论的自动钻铆机运动学反解算法,并在CATIA中的DMU模块下对算法进行算例验证。结果表明:基于旋量理论的运动学反解算法正确,为自动钻铆机的运动控制提供了理论基础。     

Systematic Geometric Error Modeling for Workspace Volumetric Calibration of a 5-axis Turbine Blade Grinding Machine

A systematic geometric model has been presented for calibration of a newly designed 5-axis turbine blade grinding machine. This machine is designed to serve a specific purpose to attain high accuracy and high efficiency grinding of turbine blades by eliminating the hand grinding process. Although its topology is RPPPR (P: prismatic; R: rotary), its design is quite distinct from the competitive machine tools. As error quantification is the only way to investigate, maintain and improve its accuracy, calibration is recommended for its performance assessment and acceptance testing. Systematic geometric error modeling technique is implemented and 52 position dependent and position independent errors are identified while considering the machine as five rigid bodies by eliminating the set-up errors of workpiece and cutting tool. 39 of them are found to have influential errors and are accommodated for finding the resultant effect between the cutting tool and the workpiece in workspace volume. Rigid body kinematics techniques and homogenous transformation matrices are used for error synthesis.     

外挂物投放问题的二维非结构动态网格技术研究

以动态网格守恒型方程为控制方程,在二维非结构网格基础上发展了弹簧式光顺法和局部网格重构法两种动态网格变形技术。结合运动轨迹计算方程,将动态网格法应用于飞机外挂物投放问题中,成功模拟了导弹自由投放的整个过程,获得了详细的包括弹体运动速度、运动轨迹和受力情况等在内的丰富的流场信息。成功的应用不仅验证了动态网格法的可行性;而且也表明,动态网格法的进一步完善与发展将成为解决外挂物投放问题的有力工具。     

Five-axis flank milling tool path generation with curvature continuity and smooth cutting force for pockets

In order to ensure machining stability, curvature continuity and smooth cutting force are very important so as to meet the constraints of both cutting force and kinematics of machine tools. For five-axis flank milling, it is difficult to meet both of the constraints because tool path points and tool axis vectors interact with each other. In this paper, multiple relationships between tool path points and tool axis vectors with cutting force and kinematics of machine tools are established, and the strategies of corner-looping milling and clothoidal spirals are combined so as to find feasible solutions under both of the constraints. Tool path parameters are iterated by considering the maximum cutting force and the feasible range of the tool axis vector, and eventually a curvature continuity five-axis flank milling tool path with smooth cutting force is generated. Machining experimental results show that the conditions of cutting force are satisfied, vibration during the process of machining is reduced, and the machining quality of the surface is improved.     

基于可行图的五轴在机测量探针轴向优化方法

针对不同探针轴向下红宝石球上触碰点会引入不同预行程误差导致标定精度和效率低的问题，提出了一种用于优化在机测量探针轴向的可行图构建方法。首先，根据包围盒算法计算各个测量点处免干涉的探针轴向。接着，利用机床运动学链建立红宝石球上触碰点与机床旋转轴的关系，进而构建机床转台旋转角度的可行图。为了提升检测精度，以减少红宝石球上触碰点和机床旋转轴方向变化为原则，优化测量路径上探针轴向，满足无干涉且红宝石球触碰点最少的条件。最后，以离心式叶轮为例进行验证，采用此方法不仅能保证红宝石球上触碰点个数最少而大幅度缩短标定时间，还能减少引入的机床误差量而提升测量精度，实验结果证明该方法重复性好、可行度高。     

组合机床多轴箱计算机辅助设计系统

介绍利用ＡｏｔｏＣＡＤ二次开发工具ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ３．０开发的组合机床多轴箱ＣＡＤ。阐述依据模块化原理设计系统的各个组成模块，以及由于采用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０可视化编程语言及微软ＭＦＣ基本类库，使程序界面的交互性比以往设计显著提高。     

飞行模拟器运动系统虚拟样机的联合建模研究

针对传统的数学建模方法在对飞行模拟器运动系统——液压驱动Stewart平台进行动力学建模的过程中存在建模过程相对复杂、 仿真无法提供可视化信息等缺点,提出采用ADAMS和Matlab/Simulink联合建模的方法,建立了液压驱动Stewart平台的虚拟样机.通过研究与仿真分析,并与真实的Stewart平台进行实验对比,结果表明,虚拟样机在动力学性能方面与真实的液压驱动Stewart平台相比具有很高的相似性,可代替一般的数学模型,为液压驱动Stewart平台的研究和研制提供理论上的指导和验证,同时也证明了联合建模方法的正确性和有效性.     

分段拓扑修形齿轮的成形磨削与试验

基于成形磨削的几何原理和机床运动学原理,提出了斜齿轮副的一种分段拓扑修形方法.通过改变齿顶和齿根处渐开线的发生线长度实现齿廓分段修形;给砂轮附加一个抛物线+直线的径向进给运动实现齿向分段修形.推导出基于成形磨削过程中拓扑修形齿面的计算公式,对修形齿面的边界进行了划分,建立成形磨齿机各伺服轴的运动方程.根据齿面的数值模拟结果,在五轴数控(CNC)成形磨齿机上进行磨削加工与在机拓扑测量,验证了成形法实现齿面拓扑修形的可行性. 对给定转速和负载工况下的齿轮箱进行加载试验,齿轮箱振动能量级幅值下降0.008dB,噪声减小约2dB.研究表明分段拓扑修形有利于降低齿轮传动振动和噪声.      

Aerodynamic performance of owl-like airfoil undergoing bio-inspired flapping kinematics

Natural flyers have extraordinary flight skills and their prominent aerodynamic performance has attracted a lot of attention. However, the aerodynamic mechanism of birds' flapping wing kinematics still lacks in-depth understanding. In this paper, the aerodynamic performance of owl-like airfoil undergoing bio-inspired flapping kinematics extracted from a free-flying owl wing has been numerically investigated. The overset mesh technique is used to deal with the large range movements of flapping airfoils. The bio-inspired kinematics consist of plunging and pitching movement. A pure sinusoidal motion and a defined motion composed of plunging of sinusoidal motion and pitching of the bio-inspired kinematics are selected for comparison. The other two NACA airfoils are also selected to figure out the advantages of the owl-like airfoil. It is found that the cambered owl-like airfoil can enhance lift during the downstroke. The bio-inspired kinematics have an obvious advantage in lift generation with a presence of higher peak lift and positive lift over a wider proportion of the flapping cycle. Meanwhile, the bio-inspired motion is more economical for a lower power consumption compared with the sinusoidal motion. The sinusoidal flapping motion is better for thrust generation for a higher peak thrust value in both upstroke and downstroke, while the bio-inspired kinematics mainly generate thrust during the downstroke but produce more drag during the upstroke. The defined motion has similar lift performance with the bio-inspired kinematics, while it consumes more energy and generates less thrust. The unsteady flow field around airfoils is also analyzed to explain the corresponding phenomenon. The research in this paper is helpful to understand the flight mechanism of birds and to design a micro air vehicle with higher performance.