基于可伸缩机构的空间机械臂系统设计

空间机械臂在发射阶段往往要求较小的包络,在空间应用阶段又需要足够大的操作范围和很高的操作精度,单一构型的空间机械臂很难满足以上需求。为此提出一种臂杆可伸缩的自重构空间机械臂:当机械臂处于收缩状态时,发射包络小、操作精度高;当机械臂处于伸长状态时,可达范围大。仿真验证结果表明:设计的等截面可伸缩臂杆提高了机械臂的适应能力。     

完全解耦3T2R并联机器人构型综合方法

针对并联机构内部耦合性带来运动学和动力学分析困难的问题,基于G_F集理论提出一种简单而有效的三移动两转动(3T2R)完全解耦构型综合方法。首先,阐述G_F集并联机器人构型理论;其次,根据G_F集的求和运算和转动轴线迁移定理,给出了机构输入运动副选择原则以及解耦支链设计准则;按照完全解耦并联机构设计步骤,列举出了3T2R并联机构各解耦分支运动链,综合出了含有单、双驱动支链的3T2R五自由度完全解耦并联机构,得到了大量新构型;通过所综合出的一种新型并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,根据机构输入与输出参数间关系式,求解得到机构雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,进一步证明了该构型方法的有效性。研究对解耦并联机构的构型设计具有理论指导意义。     

面向在轨服务任务的气囊型软体机械臂运动学建模与分析

针对软体机械臂具有质量轻、自由度多、适应复杂非结构环境、大范围变形等独特优势,提出一种气压驱动式软体机械臂。利用3节中空的波纹管并联形成软体驱动器,进而3节软体驱动器串联形成软体机械臂,通过控制不同波纹管内的气压输入实现机械臂复杂空间运动。基于局部弹性变形假设建立了机械臂运动学模型,根据气囊输入压力和机械臂物性参数,可以计算得到机械臂运动轨迹,并仿真分析了软体机械臂末端运动包络的尺寸和形状特征。建立的气囊型软体机械臂运动学模型及分析结果为机械臂设计和运动控制提供了理论基础。     

大臂展空间机械臂运动学参数精确标定

大臂展空间机械臂,由于臂杆的几何参数误差及柔性等因素将会导致其末端定位产生很大误差,然而在某些空间作业时对机械臂末端定位精度要求较高,为了获得其准确的运动学参数,提出了一种线性标定机器人运动学参数的简便方法。以一个7自由度空间机械臂为研究对象,采用D-H建模方法建立了机器人运动学模型,基于该模型建立了机器人运动学误差模型,最后通过计算机器人末端的位姿误差,标定了该机器人的运动学参数。仿真实验表明该标定方法有较高的精度,并且该方法操作简单、便于实际应用。     

柔性臂空间机器人的一类运动学方程及轨迹规划

用柔性机械臂连杆末端的弹性变形以及变形角度来表示空间机器人柔性臂的弹性运动变量,克服了用无穷维振动模态变量来表示弹性变形给系统运动学建模带来的困难;基于广义雅可比矩阵的思想,建立了柔性臂空间机器人"双广义雅可比矩阵"形式的运动学模型,该运动学模型描述了柔性臂弹性变形对空间机器人的运动影响;以运动学方程为基础,设计了柔性臂空间机器人的惯性空间内连续轨迹规划算法。仿真表明,规划的机械臂关节运动规律可以补偿柔性连杆振动给机械臂末端位置带来的影响,使机械臂末端位置准确沿着期望的轨迹运动。     

基于PSO优化算法的空间机械臂振动抑制研究

针对空间柔性机械臂的末端残余振动抑制问题,提出了一种基于逆运动学分析和粒子群优化算法的柔性机械臂笛卡尔空间轨迹规划和振动抑制的新方法。采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别对柔性关节、柔性臂杆进行动力学建模,最终得到全面考虑柔性特性的柔性机械臂动力学模型;针对机械臂末端笛卡尔空间"点到点"和"静止到静止"的规划运动,采用五次多项式函数对末端轨迹进行离散规划,并通过逆运动学理论分析求解得到含冗余参数的关节空间电机转动轨迹;采用粒子群优化算法(PSO),将满足机械臂末端振动最小化的轨迹规划问题转换为待定冗余参数的优化问题,并迭代优化求解该参数;最后以三自由度柔性机械臂开展仿真研究。仿真结果表明,提出的规划方法具有很高的收敛速度,节约了计算时间;能够实现预定的机械臂轨迹规划;对机械臂末端点的残余振动能够进行有效地抑制。     

基于D-H法的飞机表面清洗臂运动学分析及仿真

针对飞机表面的非结构化特征,设计了用于飞机表面清洗的串联机械臂.确定了机械臂的自由度和运动形式,采用改进的D-H法分析了其正、逆运动学,并运用Matlab软件对机械臂进行初步的轨迹规划仿真,验证了正、逆运动学的正确性.     

采用冗余驱动提高并联机床精度的研究

 由于并联机构铰链间隙的存在,使并联机构的实际精度和刚性明显减小。本文论述了采用冗余驱动技术改善并联机构精度的研究。首先分析了可以将铰链间隙对并联机构运动误差的影响转化为杆长偏差对机构误差的影响;然后通过分析得出 :由于铰链间隙的影响,并联机构运动空间是空间几个球环的交集,采用数值法,利用球坐标数值积分求出误差空间的体积大小;最后对具有相同结构参数的非冗余和具有冗余驱动的两种并联机构,在同样的工作空间内分别计算了误差分布,得出采用冗余驱动技术可以有效减小因铰链间隙而引起的并联机构运动误差的结论。     

弱撞击式对接机构力传递及运动性能分析与优化

为提高弱撞击式对接机构的静态力传递特性及运动灵巧性,分析了弱撞击式对接机构的力输出特性,建立了综合对接机构运动学性能及力传递性能的优化模型,结合对接机构的运动灵巧空间对其基本结构布局参数进行了优化,并且分析得出弱撞击式对接机构单支杆驱动力指标。研究结果可为弱撞击式对接机构的设计与技术应用提供依据。     

风洞试验绳牵引并联支撑技术研究进展

新型飞行器的研制越发强调先进的飞行性能,这对风洞试验模型支撑技术提出了高的要求,为扩展风洞试验的能力,迫切需要研究新型的智能支撑技术。绳牵引并联支撑是基于机器人技术的一种新型机构,具有刚度较大,动态性能良好等优点,为风洞试验提供了一种新的手段。首先,全面论述了绳系支撑在风洞试验中的应用,并给出动态分析;进一步根据绳牵引并联支撑技术的特点,将其分为可实现受迫运动的冗余约束支撑,以及可实现受迫+自由运动的欠约束支撑;其次,重点阐述了冗余约束与欠约束两类支撑系统的若干关键技术问题及其研究进展;最后,指出绳牵引并联支撑技术的发展方向是具有可重构性和智能化。可为绳牵引并联支撑技术在风洞试验中的工程应用提供一定的理论指导与技术支持。     

An optimization method for metamorphic mechanisms based on multidisciplinary design optimization

The optimization of metamorphic mechanisms is different from that of the conventional mechanisms for its characteristics of multi-configuration. There exist complex coupled design variables and constraints in its multiple different configuration optimization models. To achieve the compatible optimized results of these coupled design variables, an optimization method for metamorphic mechanisms is developed in the paper based on the principle of multidisciplinary design optimization（MDO）. Firstly, the optimization characteristics of the metamorphic mechanism are summarized distinctly by proposing the classification of design variables and constraints as well as coupling interactions among its different configuration optimization models. Further, collaborative optimization technique which is used in MDO is adopted for achieving the overall optimization performance. The whole optimization process is then proposed by constructing a two-level hierarchical scheme with global optimizer and configuration optimizer loops. The method is demonstrated by optimizing a planar five-bar metamorphic mechanism which has two configurations,and results show that it can achieve coordinated optimization results for the same parameters in different configuration optimization models.     

Variable stiffness design of redundantly actuated planar rotational parallel mechanisms

Redundantly actuated planar rotational parallel mechanisms (RAPRPMs) adapt to the requirements of robots under different working conditions by changing the antagonistic internal force to tune their stiffness. The geometrical parameters of the mechanism impact the performances of modulating stiffness. Analytical expressions relating stiffness and geometrical parameters of the mechanism were formulated to obtain the necessary conditions of variable stiffness. A novel method of variable stiffness design was presented to optimize the geometrical parameters of the mechanism. The stiffness variation with the internal force was maximized. The dynamic change of stiffness with the dynamic location of the mechanism was minimized, and the robustness of stiff-ness during the motion of the mechanism was ensured. This new approach to variable stiffness design can enable off-line planning of the internal force to avoid the difficulties of on-line control of the internal force.     

WINDOWS和MATLAB7环境下平面3RRR并联机构位置姿态仿真

简单推导了一种平面3RRR并联机构输入和输出参数关系的理论公式,采用MATLAB编程语言编写了合理的该并联机构位置姿态参数的分析仿真程序,得出了求解该并联机构运动平台上位置输出点在可达工作空间内的灵活度的方法,提出了采用数据库管理方法来处理并联机构的位置姿态参数信息的可行性,充分的展现了WINDOWS编程的优势.     

含旋转铰间隙平面运动机构可靠性灵敏度分析

基于时变运动机构可靠性灵敏度分析方法,考虑机构杆件旋转铰间隙对运动精度的影响,发展出一种计算含旋转铰间隙平面运动机构全局灵敏度指标的分析方法。该方法首先基于该种运动机构的误差函数构建其包络函数,进而解析推导其可靠性计算公式,在此基础上结合时变运动机构全局灵敏度分析方法,求得含旋转铰间隙平面运动机构各全局灵敏度指标的计算公式。最后,将本文所提方法应用到两个具体机构算例,所得结果数据与蒙特卡罗法计算结果相比吻合度高,具有较高的精确度;同时,计算成本也大大降低。     

Design and experiment of concentrated flexibility-based variable camber morphing wing

The morphing wing has a significant positive effect on the aerodynamic performance of the aircraft. This paper describes a leading-edge of variable camber wing with concentrated flexibility based on the geared five-bar mechanism. The driving points of morphing skin formed by the glass fibre composite sheet were optimized to make the skin deformation smooth. A geared fivebar kinematic mechanism rigidly connected to the skin was proposed to drive the leading-edge deformation. Besides, a new kind o...     

基于ADAMS的静叶联调机构参数化设计

针对压气机静子叶片调节机构空间运动关系复杂、设计难度大的问题,提出了1种以3维参数化仿真为核心,进行压气机静叶联调机构方案设计的方法.基于ADAMS平台建立调节机构的简易模型,利用软件参数化分析模块研究了模型中决定机构性能的关键设计变量的确定方法;在此基础上,以某型压气机调节机构为例,利用参数化方法进行了该机构的方案设计.结果表明:在方案设计阶段,参数化分析方法可快速、有效地进行调节机构结构参数选取与优化,使模型的运动/动力学仿真结果满足设计要求.     

基于天线安装的菱形翼无人机翼型优化设计

以菱形翼布局高空长航时(HALE)传感器无人机研究为背景,分析了翼型内部安装平面相控阵雷达天线的基本原理。通过推导雷达探测性能的估算方程,建立了在翼型中安装平面相控阵雷达天线的数学模型。采用数值模拟的方法,对典型雷诺数下的RAE2822翼型的气动特性进行了研究并与试验数据进行了对比,验证了使用有限体积法k-ωSST(Shear Stress Transport)湍流模型求解雷诺平均Navier-Stokes方程在这一状态下的可靠性和适用性;同时对不同厚度的NACA 64A系列翼型的流场结构和流动机理进行了分析,在此基础上提出了一种满足平面相控阵雷达天线安装情况下翼型的优化设计思想。优化结果验证了这一设计思想的可行性。     

飞行控制律的状态观测器重构研究

飞机在飞行过程中，因某些测量元件出现故障致使信号丢失，会严重影响飞行控制系统的正常工作。针对这一问题，提出了设计降维状态观测器进行控制律重构的方法；应用这种方法研究了某无人飞机俯仰通道的控制重构；并对其工程实现进行了探讨。仿真结果表明：引入状态观测器后，习行控制系统在测量元件出现故障时，仍能继续正常工作，并具有较好的动态性能，最后验证了该方法的有效性、可行性。     

可调叶片运动机构的参数化拓扑仿真模型研究

介绍1种在方案设计阶段,基于UG NX的3维设计软件和EXCEL软件的压气机多级静子叶片联调操纵机构的联合设计方法。通过在UG软件的建模模块中构建简单的线条以建立操纵机构的拓扑模型,并将模型输入运动仿真模块中,对整套机构进行运动学仿真计算,跟踪各级传动关节的运动规律,得到仿真数据。将仿真数据在EXCEL软件中进行分析,综合拟合、回归、关联度等数据分析手段,得到特定拓扑模型下的输出规律。在方案设计阶段即可快速建立机构模型并分析影响整套机构运动规律的关键参数,优化设计参数、建立操纵机构调节方程,给后期的工程设计提供基础。经某型燃气轮机多级联调机构的设计实践证明,该方法具有高效敏捷,适应面宽,可借鉴性强的特点。