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关键词： 电动轮椅   三自由度模型   优化   仿真   操纵稳定性  

摘要： 目的提出一种电动轮椅三自由度模型,旨在优化轮椅转向时的操纵稳定性。方法基于二自由度车辆模型,同时考虑车身惯性和侧向风的影响,引入转向行驶时的轮椅侧倾角,建立轮椅三自由度转向模型。分别对不同工况下电机角速度输入的侧向速度、质心侧偏角、横摆角速度和车身侧倾角响应进行仿真分析,以KS2电动轮椅为例设计轮椅转向实验,验证模型的合理性和可行性,以及该模型算法对轮椅操纵稳定性的优化效果。结果加入三自由度模型算法的电动轮椅操纵稳定性能得到显著提高,响应曲线更加平滑。仿真结果表明,轮椅左右电机转向相同时,|V_(L)-V_(R)|/t越小操纵稳定性越好;|V_(L)-V_(R)|/t相同时,电机反向转动具有更好的转向机动性,但是操纵稳定性也随之降低。结论仿真分析与实验结果具有较好的一致性,验证该模型具有合理性和可行性,该模型算法可以较好优化电动轮椅的操纵稳定性,可普遍适用于研究和分析不同轮椅转向时的操纵稳定性。

关键词： 出舱活动   空间站   航天器产品   机械臂   空间机器人   航天员   7自由度  

摘要： 中国空间站的“手臂”——机械臂看起来就是两段“棍子”,但它不仅能辅助航天员出舱活动,在空间站的太空生活工作中也发挥着重要作用。它是一种非常精密和先进的空间机器人,集机械、电子、热控以及视觉和动力等多个领域于一身。空间站机械臂既要拖动大质量的载荷,又要保证高控制精度,还要具备视觉识别能力甚至自主分析能力。空间站的“师父们”以前从没有研制过这种类型的航天器产品,因此难度特别大,空间站身上机械臂的新技术比例超过80%,好在空间站的“师父们”迎难而上,最终研制出我们自己的大型高性能机械臂。

关键词： 机构   自由度   公共约束   运动副的自由度   运动副的绝对运动   坐标方向  

摘要： 在机构自由度的计算中,采用修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式时,需要求解机构的公共约束。为了用更简单的方法获得机构的公共约束,在定义机构公共约束的基础上,先根据运动副的自由度和绝对运动不为零的运动副约束方向,得到机构没有公共约束的坐标方向;再在其余的坐标方向上确定机构的公共约束。有、无机构公共约束的坐标方向数共为6。机构的公共约束等于有公共约束的坐标方向的个数。该方法不用螺旋理论求解机构的公共约束,方便了工程技术人员求解,也方便了修正的Grübler-Kutzbach的机构自由度计算公式在工程技术人员中得到推广和应用。

关键词： 六自由度机械手   建模   运动仿真  

摘要： 采用Solid Works建立机械手的三维模型,然后按要求对机械手零件以各种约束和螺栓等连接来进行合理装配;并用Matlab软件来实现六自由度机械手的运动仿真,为机械手在实际运用中提供理论依据。

关键词： 塔式起重机   非线性动力学   能量法   防摆控制   欠驱动系统  

摘要： 为了解决塔式起重机二维空间建模参数不全以及三维建模对模型线性化导致模型不准确的问题,建立塔式起重机三维非线性化模型,基于系统能量分析研究了台车驱动与大臂转动、负载空间内摆角的关系,设计了带有积分项的控制器,然后通过李雅普诺夫方法对系统稳定性进行了证明。最后,仿真结果表明,与已有的成熟的控制方法相比,所提控制器的运送效率更高,抑制负载摆角的效果更好,台车位移与大臂转角的定位更准确,抗干扰能力更强。同时,在不改变系统控制增益的基础上,改变台车目标位移和大臂目标转角,系统仍保留上述特点。所提控制器具有更稳定的控制效果和更强的适应性。

关键词： 非线性方程   不适定问题   收敛率   简化动力系统方法  

摘要： 本文研究求解非线性方程F(u)=f的简化动力系统方法,在算子F和精确解y满足一定的条件下,给出了动力系统方程解的误差估计,提出了正则化参数后验选择的偏差原理,确保了动力系统方程解的最优收敛率.与传统动力系统方法比较,简化动力系统方法减少了导数的计算量.

关键词： 码垛机器人小臂   UG   ANSYS   静力学分析   优化设计  

摘要： 研究基于UG/ANSYS的四自由度码垛机器人小臂结构优化设计。以某型四自由度码垛机器人为研究对象,借助UG软件完成腰部、腕部及臂部等零部件三维建模并装配。计算小臂水平位置的受力状态,利用ANSYS软件进行静力学分析及改进。仿真结果表明,在质量减轻3.1%情况下,小臂最大应力、最大等效应变均比优化前有所减小且不会出现断裂及弯曲变形,轻量化效果较为显著。

关键词： 内置式永磁同步电机   最大转矩比电流   PI控制   二自由度PI控制  

摘要： 为提高车用内置式永磁同步电机驱动系统的速度响应能力和抗干扰性,提出在最大转矩比电流控制下,采用基于误差判断的反馈补偿型二自由度最大转矩比电流控制策略。通过对电机的数学模型进行分析,结合空间矢量脉宽调制技术,实现最大转矩比电流控制;构建传统PI控制系统和二自由度(two degree of freedom,2DOF)最大转矩比电流(maximum torque per ampere,MTPA)控制系统进行对比仿真分析。通过MATLAB/Simulink平台系统仿真分析,使用基于误差判断的反馈补偿型2DOF调节可使转速响应超调量控制在0.5%以内,响应时间缩短70%~80%。验证了所提控制策略的可行性和有效性。

关键词： 球面并联机构   拓扑分析   耦合度   位置正解  

摘要： 研究了由3条结构同为■支链组成的球面三自由度并联机构的支链拓扑,表明动平台作三维转动的转动中心的位置固定不变,可由每条支链的前3个转动副的结构布置与后2个转动副的轴线布置共同确定,这为支链的拓扑设计提供了依据;同时,根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论,分析了该机构输出运动的方位特征、自由度(DOF)及耦合度(k)三个重要拓扑特征,表明该机构仅含1个耦合度k=2的子运动链(SKC);然后,运用基于拓扑特征的机构位置分析方法求解了该球面机构的位置正解,并通过位置逆解进行了验算,求解过程思路清晰、计算简明。

关键词： 冗余驱动   并联机构   螺旋理论   驱动力优化   动力学   建模  

摘要： 针对并联机构引入冗余驱动造成驱动力求解不唯一、可能引起内力对抗问题,对冗余驱动并联机构的动力学建模和驱动力优化进行了研究。首先,基于闭环矢量法得到了机构运动学关系;接着引入螺旋理论,采用与系统运动螺旋成线性关系的约束矩阵之正交补来消除约束力螺旋,扩展自然正交补(Natural Orthogonal Complement,NOC)方法到冗余驱动并联机构,建立了平面二自由度冗余驱动机构的动力学模型;此外,建立了机构的驱动力模型,并基于最小范数法进行了驱动力静不定问题的约束优化求解,进一步采用Householder矩阵应用QR分解提高求解效率,得到了物理意义明确、求解快速的驱动力优化方法;最后通过平面轨迹跟踪仿真,对提出的建模和驱动力优化方法进行了验证。研究结果表明:基于螺旋理论的自然正交补方法推导动力学模型具有系统高效、中间变量少等优点;采用最小范数法的QR分解法求解各驱动器驱动力矩物理意义明确,速度快。该建模和驱动力优化方法不仅适用于冗余驱动的平面机构,也适用于空间机构以及超冗余机构。