基于容错指标的空间单冗余机械臂结构综合

为了增大机器人锁定故障关节后的容错空间,提高机械臂的容错性能,运用容错因子作为容错性能指标对机械臂进行了结构综合.基于反映机械臂相对容错性能的容错空间影响因子,提出冗余度机械臂结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机械臂具有最佳容错操作性能的臂长参数.利用空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性.     

基于滑移运动的月球机器人运动建模与参数辨识

文章提出月球机器人机械臂的非常态旋转假设,以此涵盖机械臂可能存在的机械结构变化所导致的数学模型的改变。在此基础上改进了月球机器人操作动力学模型和机械臂连杆坐标系,并在新的连杆坐标系基础上确定了各非常态旋转假设角与D-H参数的关系。基于这两个改进模型,提出了利用机械臂工作时车体所产生的滑移进行参数辨识的方法,得到月球机器人的13组相关参数以及月面滑动摩擦系数,再由各非常态旋转假设角与D-H参数的关系,辨识出机械臂的运动学参数。仿真验证了改进的月球机器人操作动力学模型和改进的连杆坐标系模型的正确性,辨识得到的机械臂末端执行器速度可以较快跟上实际速度。     

多臂自由飞行空间机器人协调操作动力学分析

利用牛顿-欧拉方法分析了多臂自由飞行空间机器人协调操作系统的动力学特性,推导出多臂自由飞行空间机器人协调操作的机械臂铰接连杆间的广义作用力计算方法.通过逐级迭代建立了多臂自由飞行空间机器人系统的动力学方程,进一步得到了驱动电机控制力矩的计算公式.仿真证明多臂自由飞行空间机器人操作的目标物体能够跟踪目标物体的期望位姿.     

六自由度机械臂运动学分析与仿真研究

运用D-H参数法确定机械臂的参数、坐标系,建立机械臂的运动学方程。在Matlab软件中进行数值计算,通过分析机械臂的工作空间,得到了机械臂工作空间图。在Matlab工作环境下,用机器人工具箱Robotics Toolbox对所建六自由度机械臂运动学模型的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行验证与仿真,得到了各关节的角位移、角速度、角加速度与时间的关系曲线。研究表明,该机械臂运动空间设计直观、精确,为机械臂控制系统设计、动力学分析及轨迹规划提供了理论基础和参考依据。     

多臂自由飞行空间机器人协调操作运动控制算法

阐述了在空间微重力环境下多臂自由飞行空间机器人协调操作运动控制算法．首先推导出多臂自由飞行空间机器人协调操作的广义雅可比矩阵,其次给出了基于该矩阵的多臂自由飞行空间机器人协调操作分解运动速度控制算法,最后用计算机仿真验证了该算法的正确性．     

排爆机器人机械臂奇异位形及工作空间分析

以反恐排爆机器人5自由度机械臂为研究对象,利用矢量积法求解机械臂的雅克比矩阵,在此基础上,对其进行奇异位形及工作空间分析;结合Matlab进行计算和仿真,最后求得对应的关节角度.分析排爆机器人机械臂的奇异性及工作空间,为轨迹规划、动力学分析提供了重要的前提条件.结果表明,机械臂结构设计合理,为机械臂的操控提供理论依据.     

空间三臂机器人在操作中的平衡问题

就三臂空间机器人的一臂与航天器固抓、一臂操作、第三臂作平衡协调操作的问题进行了理论研究,取得了在线动量和角动量守衡意义上的平衡操作结论.对一个在气浮平台上运动的简单的三臂空间机器人的实例进行了仿真计算,证明该方法是可行的.为三臂多关节空间机器人的平衡协调操作提供了一种实用的方法.     

串联机器人机械臂工作空间与结构参数的分析

现代工业中,应用的重要的创新性技术之一即为机器人,研究机器人工作同时兼具科研价值与社会价值,会深远的影响社会及经济的发展.串联机器人是机器人中的一种类型,其机械臂工作空间与结构参数主要体现出了其工作性能,通过分析这两种属性后,可对串联机器人运动灵活程度做出准确的了解.基于此,本文即对串联机器人机械臂工作空间与结构参数做出分析.     

井架攀爬机器人的设计与仿真

针对石油井架的工作环境,设计了一种井架爬行机器人,以代替人工完成井架攀爬和检测任务。首先,通过工作需求确定了机器人的结构;其次,根据D-H(Diffie-Hellman)参数法求解了机器人机械臂转动以及越障的运动学方程,采用蒙特卡洛法计算得到机器臂的运动空间;最后,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)仿真得到攀爬机器人在静止检测时机械臂转动对履带车吸附稳定性的影响以及越障过程中电永磁吸附足的稳定性。研究结果表明,该井架攀爬机器人可以在井架上稳定工作,且速度快于同类爬行机器人,最大拖动负载为21 kg。在机械臂旋俯仰及旋转过程中,履带车质心的波动幅值均小于0.1 mm。越障过程中,前端电永磁吸附足均不会发生侧滑、倾覆以及下滑等现象。     

自由漂浮空间机器人力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

超声波电动机定子振动能量回收转换特性

为了向密封、恶劣等极端环境中工作的微型机器人提供驱动力矩和电能,根据行波型超声波电机定子孤极频率反馈跟踪原理,研制能量回馈型超声波电机.与传统超声波电机相比,该电机不仅具有驱动功能,还具有将定子振动能量回收并转换成电能的功能.根据能量回馈型超声波电机驱动原理改进了超声波电动机压电陶瓷的极化分区模式,将超声波电机定子压电陶瓷极化分成3个区,即：激振区、能量采集区和传感区（孤极）.利用定子能量采集区压电陶瓷的正压电效应采集回收超声波电动机定子的机械振动能量.根据铁摩辛柯梁理论和压电本构方程建立超声波电动机定子振动能量采集回收的理论分析模型,研究能量采集区压电陶瓷负载阻抗的匹配问题.利用该模型仿真分析了电机激励频率、激振电压、外接负载电阻等对能量采集区压电陶瓷输出电压、输出电流和输出功率的影响规律,通过实验验证了仿真结果的正确性.     

自供能气体传感器研究进展

小尺寸、免维护、可移动的自供能系统尤其是自供能传感器具有非常广阔的应用前景。自供能系统本身可以从周围环境中收集能量并且转化为电能，为系统中各种功能器件的运行提供电源，因此自供能系统可以完全独立地实现特定的功能，而且能持续地工作。将收集环境中风能、太阳能、机械能等微小能量的自供能系统应用到气体传感器领域的研究十分有意义。目前，自供能气体传感器的实现有两种方式:一种是发展能收集环境中能量的设备去驱动传统的传感器，另外一种是自供能有源传感器，而第一种自供能气体传感器可以通过自身收集环境能量并对气体做出响应。该文对目前国内外基于收集风能、机械能以及太阳能的自供能气体传感器的设计方法、工作原理和特点进行了总结，为今后一体化集成式自供能气体传感器的研制提供参考。     

基于磁悬浮结构的人体动能采集技术

设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置,该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处,收集人体运动过程中产生的动能. 概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术,利用惯性传感器对实验者运动时的关节加速度及角速度进行测量,对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析. 运用有限元工具对振动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究,并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范围. 当使用者佩戴该装置进行测试时,装置输出的电压及功率随运动速度的增加而增加,在8 km/h的运动条件下,腕部、肘部和踝部所能俘获的最大瞬时功率分别为0.60、0.30、0.58 mW. 实验结果表明,基于磁悬浮互斥结构的电磁能量采集装置能有效采集人体动能,并为可穿戴传感器等低功耗设备供能.     

双晶压电悬臂梁电荷输出特性实验研究

通过研究压电材料的压电效应与压电方程组,得到正压电效应下的压电能量采集相关知识,并分析双晶压电悬臂梁的结构与特性,结合实验与仿真,得出并联型双晶压电悬臂梁的相关输出特性。     

三相电压型PWM整流器主电路的设计与仿真

给出了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的数学模型．选择固定开关频率的直接电流控制策略,采用电压外环和电流内环双闭环控制结构,按此方法给出了电压和电流PI调节器设计的方法,同时给出了交流侧电感和直流侧电容取值的设计．在MATLAB的SIMULINK环境下建立系统的仿真模型,仿真结果验证了主电路参数设计的正确性．     

Impacts of flexible obstructive working environment on dynamic performances of inspection robot for power transmission line

The rigid-flexible coupling dynamic modeling and simulation of an inspection robot were conducted to study the influences of the flexible obstructive working environment i.e. overhead transmission line on the robot＇s dynamic performance. First, considering the structure of the obstacles and symmetrical mechanism of the robot prototype, four basic subactions were abstracted to fulfill full-path kinematic tasks. Then, a multi-rigid-body dynamic model of the robot was built with Lagrange equation, whil~e a multi-flexible-body dynamic model of a span of lin~ was obtained by combining finite element method （FEM）, modal synthesis method and Lagrange equation. The two subsystem models were coupled under rolling along no-obstacle segment and overcoming obstacle poses, and these simulations of three subactions along different spans of line were performed in ADMAS. The simulation results, including the coupling vibration parameters and driving moment of joint motors, show the dynamic performances of the robot along ftexibile obstructive working path： in flexible obstructive working environment, the robot can fulfill the preset motion goals; it responses slower in more flexible path; the fluctuation of robot as well as driving moment of the corresponding joint in startup and brake region is greater than that in rigid environment; the fluctuation amplitude increases with increasing working environment flexibility.     

空间光学遥感器反射镜柔性调节结构设计

针对空间光学遥感器圆形反射镜结构刚度高、热尺寸稳定性差的状况,设计了一种温升变形柔性调节结构,旨在保持结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性.对柔性结构进行了合理的结构设计,对其力学模型及铰链参数进行分析,并对反射镜组件进行有限元仿真.结果表明:在柔性结构的调节作用下,反射镜在力和热两种环境约束工况下,面形PV值均远小于63.2 nm,满足成像质量要求.证明这种柔性调节结构在实际结构设计中是合理可行的.     

可控饱和电抗器输出特性建模与仿真研究

提出在饱和电抗器的结构中增加一个检测绕组,以直流负偏磁工作状况为例,分析了该饱和电抗器的结构特点、工作原理和输出特性,推导了检测线圈输出端电压峰峰值和有效值与直流偏磁磁势的关系.并基于MATLAB软件中SINMULINK环境建立了一套仿真系统,给出了仿真结果.仿真和实验结果均表明,获得的用于研究饱和电抗器的输出特性的分析和仿真模型是合理的,它对于分析饱和电抗器输出特性和电气参数是有益的.     

基于切削仿真的刀具-工件的参数化三维建模

针对金属斜角切削过程的数值模拟分析,为方便和快捷地对刀具-工件系统进行三维建模,介绍了刀具-工件的参数化几何建模的关键技术及其过程。通过建立刀具、工件的参数化模型并分别选用了合适的造型方式,应用数据库技术,采用C Builder软件完成了接口设计;在给定刀具的结构尺寸、几何角度和工件的几何尺寸以及刀具与工件的相对位置后,即可生成三维建模的过程文件,并在Marc软件环境中完成刀具-工件的三维几何建模。这样,为进一步斜角切削过程的数值模拟创造了条件。     

运载中的航天仪器动力学研究

分析了不同路面、不同车速条件下运载航天仪器的随机振动响应，对航天仪器进行了随机振动试验．研究了试验的实用技术和控制方式的选择要点，保证了航天仪器在汽车运载中的安全性．分析了低频振动环境与结构振动特性的关系及其对航天仪器结构的影响和危害，研究了低频振动环境的模拟试验方法．只要选择路面状况和材料特性，便可显示汽车和航天仪器采用缓冲材料包装后的响应．实验结果表明航天仪器能够适应安全运载要求。