基于牛顿-欧拉法的3PTT并联机构动力学分析及仿真

以3PTT并联机构的任一支链为研究对象,用D-H方法建立了各构件的坐标系,给出了支链运动学逆解的解析解;运用牛顿-欧拉动力学建模方法,建立了支链中构件的力和力矩平衡方程;推导出了3PTT并联机构的动力学方程,用MATLAB软件进行了理论计算,用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了理论计算的正确性,为3PTT类机构的动力学分析和应用奠定了基础,也为其机构的实际设计制造和应用提供了力学上的理论依据.     

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。     

头盔伺服系统执行机构的动力学建模及其验证

首先对头盔伺服系统的执行机构——6URHS并联机构进行了运动学分析,建立了丝杠运动状态、螺母运动状态与动平台运动状态间的关系式;其次,采用牛顿-欧拉法对驱动分支及其构件进行了动力学分析,建立了驱动分支整体和包括螺母在内的部分构件的牛顿与欧拉方程,考虑了螺旋副摩擦力的影响,推导完成了封闭式的6URHS并联机构动力学方程;最后,采用MATLAB分别建立了6URHS并联机构的动力学模型和Simulink虚拟样机,对两者进行了动力学响应对比实验。实验结果表明:对于同一组驱动力矩输入,动力学模型与虚拟样机的动力学响应基本一致,动力学模型同虚拟样机的准确度相仿。另外,还进行了动力学仿真程序的轨迹跟踪实验,对驱动力矩进行了计算与分析。     

基于牛顿—欧拉法的3PTT并联机构动力学分析及仿真

以3PTT并联机构的任一支链为研究对象,用D—H方法建立了各构件的坐标系,给出了支链运动学逆解的解析解;运用牛顿—欧拉动力学建模方法,建立了支链中构件的力和力矩平衡方程;推导出了3PTT并联机构的动力学方程,用MATLAB软件进行了理论计算,用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了理论计算的正确性,为3PTT类机构的动力学分析和应用奠定了基础,也为其机构的实际设计制造和应用提供了力学上的理论依据。     

6－UPS型并联机构的刚体动力学模型

建立了6－UPS型并联机构的动力学模型。为了能使动力学模型包含所有构件的重力和惯性力,以6－UPS并联机构的支链为研究对象,运用D－H方法建立了各构件的坐标系,推导了支链的运动学反解的解析方程,并给出了各个构件的速度、加速度与动平台的速度、加速度的映射关系。然后用牛顿－欧拉方法推导了6－UPS并联机构的动力学模型,为支链中各个构件支反力的求解和整个机构的动力学分析奠定了基础。最后以并联机床为例,运用动力学模型进行了实际计算并绘制了连杆驱动力的变化曲线。     

具有符号式位置正解的2T1R并联机构逆向动力学分析

以一种具有符号式位置正解且能够实现两平移一转动(2T1R)的新型三自由度并联机构为研究对象,建立并求解了其逆向动力学方程。首先,采用基于拓扑特征的运动学建模与求解方法,给出了机构的符号式位置正解,并基于位置正解导出速度、加速度方程;其次,通过以混合支链为单元的拆杆法,运用牛顿-欧拉法构建并求解了机构的逆向动力学方程;最后,运用ADAMS设计机构虚拟样机,对其进行动力学仿真,同时,运用Matlab对其逆向动力学方程进行理论数值计算与验证,理论值与仿真值表明三个移动滑块所受的驱动力最大误差分别为4.71%、2.87%、3.7%。该分析为进一步研究该机构的动态特性、运动控制等奠定了理论基础。     

基于并联机床刚体动力学的最优控制方法研究

利用牛顿-欧拉法建立了六自由度并联机床的包括控制轴和动平台的惯性力、离心力、科氏力、重力以及粘性阻尼力等作用力的刚体动力学模型。定义加速度策略为刀具在加工过程中加速度的大小和形式。根据动力学模型，针对特定的轨迹，研究了不同加速度策略对驱动力性质的影响规律，并且得到了最佳加速度策略。为了使伺服电机的输出最为平稳，建立了以机床在轨迹中用最大速度匀速运动时的速度为优化参数的目标函数，在给定的加工速度范围内找出最优速度使输出功率变化最小，从而为控制提供了理论依据。     

Gough-Stewart平台高效动力学建模研究

运用凯恩方法建立并联机构动力学模型,以并联机构动平台参考点的速度和角速度作为伪速度,推导各个驱动杆和动平台偏速度和加速度,建立各个构件的凯恩方程,并加以综合,得出系统的动力学模型。所得模型表达简洁,变量和方程的数目少,适用范围广,计算效率高,适于并行计算。该方法便于在任务空间建立控制模型,并为并联机床的动态分析与设计提供了基础。     

三自由度并联机器人动力学及仿真

利用雅可比矩阵建立了一种三自由度并联机器人(3-RSR)动平台的外力、外力矩、惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系,在合理的假设基础上,运用牛顿欧拉动力学方程得到了动力学数学模型.并且基于虚拟样机技术,利用ADAMS软件对三自由度并联机器人进行动力学仿真.结果表明,用动力学模型计算的驱动力矩值和仿真结果一致,动力学模型精度较高,将其作为驱动力矩控制设计的基础是可行的.     

新型3-CPS/RPPS机构的动力学分析

多自由度并联机构在各工程领域有着广泛的应用背景。在补充新型3-CPS/RPPS机构运动学中速度分析和加速度分析的基础上,以牛顿-欧拉方程为主要工具,对动力学反向问题进行了基础的理论研究和分析,以Pro/E动力学分析工具辅助完成了动力学正向问题。并在分析过程中,对比了传统Stewart平台和该新型串并机构。该分析方法和流程对多自由度机构研究提供借鉴和参考。最后通过对大型射电望远镜中主动面板的误差敏感分析,指出了该机构部分运动解耦的优势及其应用前景。     

基于广义坐标形式牛顿－欧拉方法的空间并联机构动力学正问题分析

基于具有广义坐标形式的牛顿－欧拉方法建立一般空间并联机构动力学正问题建模与仿真的通用方法。在动力学建模时,选取空间并联机构动平台的工作空间变量作为系统广义坐标,从各构件的牛顿－欧拉方程出发,结合运动学逆解和虚功原理,得到与广义坐标相对应的系统动力学方程－运动微分方程和系统理想铰约束力方程。对6-UPS型空间并联机构进行动力学建模,计算外力作用下的动态响应,验证了该方法的有效性。理论分析和仿真案例表明,该方法可以简化并联机构动力学正问题的建模步骤,提高计算效率。     

3-RSR并联机器人动力学研究

该文利用雅可比矩阵建立了3-RSR并联机器人动平台惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系，在合理的假设基础上，运用牛顿欧拉动力学方程得到了比较精确的动力学模型。再用拉格朗日方程建立动力学模型并和前者比较，在同样假设情况下，给出数值实例，两个模型的计算结果完全一致。牛顿欧拉法比拉格朗日法减少了大量的计算，但动力学模型仍保持3-RSR并联机器人的动力学特征，用牛顿欧拉方程建立的模型作为驱动力矩控制设计的基础是可行的。     

含驱动摩擦的四自由度并联机构动力学分析

在考虑驱动摩擦的条件下,对一种四自由度并联机构进行了动力学分析。完全描述该机构动平台的位姿需要4个独立的广义坐标,根据运动特性推导出机构输入与输出的解析表达式,并基于牛顿-欧拉法建立了机构的动力学模型。将3种不同的静态摩擦模型引入各支链移动副,以一种3次多项式为动平台轨迹方程,得到了机构运动副约束反力和各支链驱动力。计算结果显示了摩擦对机构驱动力和运动副约束反力的影响。     

Inverse kinematic and dynamic analyses of 6-DOFPUS type parallel manipulators

This paper presents inverse kinematic and dynamic analyses of HexaSlide type six degree-of-freedom parallel manipulators. The HexaSlide type parallel manipulators (HSM) can be characterized as an architecture with constant link lengths that are attached to moving sliders on the ground and to a mobile platform. In the inverse kinematic analyses, the slider and link motion (position, velocity, and acceleration) is computed given the desired mobile platform motion. Based on the inverse kinematic analysis, in order to compute the required actuator forces given the desired platform motion, inverse dynamic equations of motion of a parallel manipulator is derived by the Newton-Euler approach. In this derivation, the joint friction as well as all link inertia are included. Relative importance of the link inertia and joint frictions on the computed torque is investigated by computer simulations. It is expected that the inverse kinematic and dynamic equations can be used in the computed torque control and model-based adaptive control strategies.     

INVERSE DYNAMIC FORMULATION OF A NOVEL HYBRID MACHINE TOOL

In recent years, hybrid devices have increasingly received more research. However, few of researchers studied the dynamic analysis. The inverse dynamic analysis of a novel hybrid machine tool designed in Tsinghua University is presented. The hybrid machine tool under consideration consists of parallel and serial structures, which is based on a new 2-DOF parallel platform and serial orientations. The kinematics and the dynamic equations are studied first for the parallel structure through Newton-Euler approach. And then, the dynamic analysis for serial structures is conducted. Finally, a closed-form inverse dynamic formulation is derived by using some elimination techniques. Some simulation results are also given.     

新型圆柱面3自由度并联机构的动力学逆解

针对一种新型圆柱面 3自由度并联机构应用牛顿 欧拉法进行了动力学逆解分析。该机构具有 2个移动自由度和一个转动自由度 ,首先推导出该机构的运动学逆解 ,建立了支链和动平台的力和力矩平衡方程 ,根据不同类型支链的运动学约束条件消除了部分铰链约束力和力矩 ,从而推导出驱动力矩模型 ,最后给出了该机构动力学逆解的数值仿真实例。该模型可用于改进该机构的结构组件设计和控制算法。     

Stewart并联机构位置奇异研究

对动定平台为两个非相似的半规则正六边形的Stewart并联机构位于给定姿态时的位置奇迹进行了系统地研究。基于建立该并联机构的力雅可比矩阵,推导出机构位于给定姿态时的三维位置奇异轨迹的三次符号表达式。进一步分析发现,该机构的对于给定姿态参数的三维位置奇异轨迹相当复杂,其在一般倾斜截面上的投影曲线的几何特征也很难识别。定义动平台所在平面为特征平面,研究表明在特征平面上的位置奇异轨迹曲线均是一条二次曲线,包括无数对双曲线、四对相交直线以及一条抛物线。对于个别特殊姿态,特征平面上的位置奇异轨迹二次曲线退化为平行于脊线的一对或一条直线。提出并证明关于特征平面上的位置奇异轨迹曲线几何特征的两个定理。此外,基于Grassmann线几何以及螺旋理论简要分析了位置奇异轨迹的运动学特性。