混合驱动连杆机构优化设计和性能实验研究

本文针对混合驱动连杆机构辅助运动最大瞬时驱动功率最小为目标函数,对机构进行动力学优化设计.同时考虑到构件变速运动所产生的动载荷难以完全平衡和消除,对辅助电机控制和系统动态性能均有不利影响.故而以构件材料为目标,进行了优化设计研究,分别就碳素钢、尼龙、酚醛层压材料等材料构件机构进行了动力学计算,分析其对应驱动功率的大小;并通过对比实验,分析它们对系统动态输出性能的影响程度,结果表明复合材料构件有效的改善了系统的性能.     

冗余驱动Tricept并联机构的驱动优化

对冗余驱动3自由度Tricept并联机构的逆运动学和逆动力学进行分析,基于牛顿—欧拉法建立机构的逆动力学方程。针对冗余驱动方式下机构主动关节之间驱动力分配不唯一的特点,研究机构按预期轨迹运动时的驱动优化问题,提出最小化驱动器最大瞬时驱动功率和最大瞬时驱动力的优化方法。结合实例分析机构驱动力2范数优化、最小化最大驱动力优化和最小化最大驱动功率优化的效果,并与非冗余驱动方式进行对比。分析显示,冗余驱动能够较显著地降低驱动器的瞬时负载和瞬时输出功率,并可结合驱动力2范数优化、最小化最大驱动力以及最小化最大驱动功率的优化效果分析,选取适当的驱动方式以实现驱动器瞬时负载与瞬时输出功率的均衡与优化。     

由一种齿轮连杆机构驱动的槽轮机构

提出用一种齿轮连杆机构来驱动槽轮机构以改善其动力学性能，并引入了转向圆的概念对这一机构进行了运动分析和参数分析．     

混合驱动凸轮连杆机械压力机的分析与仿真

分析了将混合驱动凸轮连杆机构应用于机械压力机的意义,提出了一种混合驱动凸轮连杆机械式压力机的机构构型,分析了其运动原理。用回路矢量法对混合驱动凸轮连杆机械压力机进行了运动学分析。并给出了一个设计实例,利用Pro/Mechanism模块对其进行了机构运动仿真,结果表明该机构能使滑块实现多种运动规律以满足加工要求。通过对混合驱动七杆压力机的结构特性和运动仿真分析,得出了混合驱动凸轮连杆压力机相对混合驱动七杆压力机具有杆长条件容易满足和滑块输出运动规律特性好等优点。最后建立混合驱动凸轮连杆压力机的动力学模型,对其进行了功率分配研究。     

变结构广义连杆机构柔性传动控制曲线研究

变结构广义连杆机构在不改变构件尺寸的情况下 ,通过控制辅助运动规律 ,使广义连杆机构的结构与运动参数在一定的范围内按输出运动要求实现实时变化 ,从而可得到多种不同的输出运动 ,甚至可准确实现输出杆有一段时间的间歇停顿的运动规律。     

两类典型垃圾压缩站举升机构动力学仿真优化

针对移动连体式和移动分体式垃圾压缩站的典型举升机构,A、B型举升机构,分别以其液压缸的驱动载荷和驱动功率为研究对象,以其最大值的最小化为目标函数进行机构动力学优化设计。研究结果表明,以举升机构的液压缸驱动功率最大值的最小化为目标的优化设计,可使A型举升机构的最大驱动载荷和最大驱动功率分别降低47.9%和15.3%,而B型举升机构的最大驱动载荷和最大驱动功率分别降低25.5%和8.34%。总体上均优于以举升机构液压缸驱动载荷最大值的最小化为目标的优化结果。意味着,在垃圾压缩站的举升机构设计过程中,以驱动功率为目标的优化设计方法更有成效。     

用实测模态参数修正弹性连杆机构动力学模型

本文基于弹性连杆机构的运动弹性动力学分析，提出了一种利用实测模态参数数据修正弹性连杆机构有限元动力学模型的方法。该方法利用模态参数的特征关系和正交关系导出待修正参数的识别方程。     

混合驱动五杆机构动态静力分析的向量键合图法

为提高混合驱动连杆机构动态静力分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。基于平面移动铰的运动约束条件,建立了更加简明的平面移动铰向量键合图模型。根据混合驱动五杆机构构件间的邻接关系,将平面运动刚体、旋转角及移动铰的向量键合图模型组合起来,建立了混合驱动五杆机构向量键合图模型。针对微分因果关系及非线性结型结构给该类机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难,提出了有效的增广方法。在此基础上,推导出更加简明实用的系统驱动力矩及运动副约束反力的统一方程,实现了混合驱动五杆机构系统计算机辅助动态静力分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。     

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。     

基于摩擦学特性相似的关节式曲柄连杆机构研究

根据关节式曲柄连杆机构独特的运动学、动力学规律，利用UG软件所提供的表达式、规律曲线和优化等模块，给出使主、副气缸的摩擦学特性尽量保持一致的最件结构参数，并以仿真曲线的方式再现了运动学和动力学特性的变化规律。结果表明：优化结果跟现行许多发动机采用的参数比较吻合，特性曲线的形状也非常一致，主、副气缸的运动学和动力学性能在5％的差异下保持一致；具有主、副气缸运动学上最大相似性的结构参数，可使得主、副气缸的摩擦力和扭矩尽量一致及平稳性更好。     

内外驱动兼备的球形机器人结构设计

球形机器人是机器人运动方式的突破,其最大的特点是运动方式特殊,球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性,球形机器人能用最少的自由度以欠驱动的方式实现全方位运动.针对目前球形机器人能源供给问题,提出一种内外驱动兼备的充气球式球形机器人,以外部自然风力为主要驱动力、内部电机驱动为辅助动力,兼具外部风能驱动和内部电机驱动的优点,较好地解决能源供给和自主运动的问题.通过对运动原理和设计方案的分析研究,完成球形机器人的结构模型及主要零部件设计.     

基于传力条件的具有急回特性的四杆机构设计

明确提出了以传动角作为基本设计参数设计具有急回特性的四杆机构的原理和方法 ,并为综合考虑运动条件和动力条件的四杆机构解析法设计提供了一个范例     

冗余驱动闭链弓形五连杆动力学建模与优化

研究了冗余驱动闭链弓形五连杆动态翻滚过程中驱动力矩协调分配的问题。建立了闭链弓形五连杆运动学分析模型,分别对驱动杆件和约束杆件的速度、加速度进行分析,得到各杆件的加速度矩阵和角加速度矩阵,进而得到各杆件的合力及力矩,从而获得该机构的牛顿-欧拉动力学方程。采用伪逆法对各驱动力矩进行协调分配,使瞬时驱动力矩2范数最小。给定机构动态翻滚过程的关节轨迹,分别计算非冗余驱动和冗余驱动方式下的驱动力矩,计算结果表明,冗余驱动方式可以显著减小最大瞬时驱动力矩。     

降低齿轮型无级变速器封闭功率影响的运动研究

本研究述及带相移和加法差速器的非圆齿轮无级变速装置（ＮＣＧ）的运动分析和设计研究。阐述着重于不同设计参数对降低封闭功率影响的运动关系。研究折衷表明必须采用的多数非圆齿轮和装置中产生的封闭功率。实例２００ＨＰ（１４９ＫＷ）的非圆齿轮无级变速背装置，速比范围为１－４，用来说明其研究的特性曲线，要求估乍加法差速器４组成部分以及在失效工况下它的最大瞬时封闭功率大约为输出功率的６倍。该封闭功率由其１．５最小     

面向IP模式测控系统的PLSR-SBR双层压缩

针对以太网测控网络存在数据冲突导致系统实时性、可靠性降低问题,提出了基于偏最小二乘回归(PLSR)SBR的双层压缩方法。第一层建立主参量与所有辅助参量的确定模型,利用压缩有效性指标确定主成分,完成主参量的信息压缩。第二层基于改进的SBR,通过选取辅助参量中的基础序列,建立基础信号;在满足拟合误差条件下,逐步将每一个辅助参量序列映射到基础信号上,完成对辅助参量的数据压缩。该方法重点解决辅助参量和主参量中的解释潜变量和反映潜变量相关程度最大、基础信号由最少基础序列组成、辅助参量实现最小变长分解个数及基础信号独立更新原则等关键问题。最后将该方法应用于IP模式乙醇浓度测控系统。实验结果表明,在IP模式测控系统同时具有主参量和辅助参量,且不同参量间存在相关性时,该方法可在允许拟合相对误差为5%的情况下,使压缩率达到68%以上,从而有效地降低以太网测控网络数据冲突程度。     

Synthesis of function-generation mechanisms using variable length driving links

In this paper, a design method is proposed to solve function-generation problems for four-bar linkages without any limitation on the number of precision positions, using variable length driving links. A single degree-of-freedom (DOF) linkage mechanism, comprising the original four-bar linkage, a ternary link, a roller link, and a guiding slot in a fixed link, is employed to make the length of driving link variable while being driven by a power source. A new function-generation design process is also proposed. An nth-degree polynomial is utilized to design the contour of the guiding slot. Three examples are provided to verify the effectiveness of this technique, and the structural errors show significant improvement in all examples, compared to the conventional three precision-point solution.     

变轴交角渐开线齿轮啮合理论和设计

为了提供合理的变轴交角渐开线齿轮传动设计方法,基于双自由度齿轮啮合理论,对这种传动进行了研究。在轴交角变动范围内,由相配齿轮2齿面无根切导出两轮支座摆动轴线位置和相配齿轮2工作齿宽的计算公式,得到支座摆动轴线与渐开线齿轮1轴线间距l1的许用最小值l1min和最大值l1max;得到不同轴交角 时的重合度计算公式;推导出啮合点瞬时接触椭圆参数的计算公式。研究表明：取l1接近l1max时,相配齿轮2工作齿宽最大;轴交角| |为最大时重合度ε最大,=0时ε最小;相配齿轮2中断面分度圆啮合点处的瞬时接触椭圆参数接近其余各点的平均值,可由该点来评价接触质量,使计算大为简化。为这种传动的几何设计,提供一套详尽的计算方法。     

基于关联的机械产品自动装配设计方法研究

面向产品快速设计系统的研究和开发以及快速设计技术的实际应用,给出了产品快速设计系统中的自动装配设计的定义,对实现产品自动装配的机理-尺寸驱动关联、几何驱动关联、逻辑关联、装配配对关联、产品系统框架驱动关联等进行了研究,对如何开发产品装配模板库进行了探讨,对产品快速设计系统中如何基于产品装配设计模板库实现产品快速设计的流程的各阶段进行了分析和描述,对产品快速设计系统开发时如何开发产品自动装配设计模板进行了较为深入地阐述。     

水下自主航行器微光照相机驱动系统设计

提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,并给出了改进方案;使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调,解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题;最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明,系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz,串行转移时钟的幅度重叠率优于50%,并行转移时钟的幅度重叠率优于90%,驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns,驱动波形稳定、平整,电子倍增驱动信号高电平可调,功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题,可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。