柔性机器人协调操作系统动力特性分析

柔性机器人协调操作系统的模型参数从本质上决定了系统的动力特性，而其固有频率又是评价系统内在特性的一个重要指标。过去系统参数和系统固有频率及其动力性能之间的关系没有引起重视，利用柔性机器人协调操作零自由度刚体的动力学模型通过理论推导和实例仿真揭示了柔性机器人协调操作各模型参数和系统固有频率之间的内在联系，分析了其对于系统动力性能的影响，对于柔性机器人协调操作系统操作物体位置误差的控制和高性能柔性机器人协调操作系统的设计都有很重要的意义。     

集中质量对柔性空间机器人振动特性的影响

首先,利用空间柔性转子梁单元的动力学模型,定性分析了集中质量对柔性机器人的动态响应及固有频率的影响。然后,借助于一个空间四杆机器人的实例分析和讨论,说明了集中质量在空间柔性机器人的动力学分析和设计中的重要作用。     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于“转子-扭簧”模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。     

3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。     

柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析

为了获得精确的柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析结果,通过对柔性并联机器人动力学模型的分析,提出了基于微分法的动力学特性灵敏度分析方法,计算精度比差分法提高25%,计算时间缩短了86%。分析了柔性并联机器人动力学特性对各设计参数的灵敏度。柔性并联机器人的动力学特性对连架杆的截面积、构件集中质量及各杆件截面的厚度比较敏感。利用灵敏度微分法计算了设计参数发生微小变化后的动态响应值及固有频率值,在误差小于7%的情况下,计算时间缩短了95%。以3-RRR柔性平面并联机器人为例,说明微分法是准确、有效的。分析动力学特性灵敏度对柔性并联机器人的弹性动力综合和优化设计有重要意义。     

提高柔性冗余度机器人动态性能的冗余关节运动规划方法

通过分析影响柔性机器人弹性动力响应的因素，得出了在结构参数不变的情况下可以通过适当调整关节运动参数来提高机器人动态性能的结论。对柔性冗余度机器人关节运动的冗余特征进行了研究。在此基础上，构造出以冗余关节角为状态变量的优化控制结构，得出一种新的柔性冗余度机器人优化控制方法，该方法使各关节的运动简单易控、保证各关节的运动不越限，消除了机器人的终态自运动。     

3-PSS柔性并联微操作机器人柔度分析

柔度矩阵建模是进行全柔性机构分析的基础。针对3-PSS型柔性并联微操作机器人,首先基于坐标变换法计算机构单条支链柔度矩阵,并基于此建立机器人整体柔度矩阵模型。然后进行数值算例计算和Ansys有限元仿真分析,并将理论计算结果与有限元分析结果进行对比,验证了柔度矩阵建模的正确性。最后对柔性并联机器人进行了柔度性能分析,并得出了机构的结构参数对柔度的影响规律,分析结果对3-PSS型柔性并联机构的结构优化设计提供了依据。     

混合驱动柔索并联机器人系统集成设计

混合驱动柔索并联机器人是机电高度集成系统,其动态性能由结构系统和控制系统共同决定。为了提高混合驱动柔索并联机器人整体系统的动态性能,并考虑到其结构系统和控制系统的密切耦合关系,对混合驱动柔索并联机器人的结构系统与控制系统进行集成优化设计。描述混合驱动柔索并联机器人系统的结构和运动过程;根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对混合驱动柔索并联机器人进行运动学分析;基于Lagrange方程,推导出混合驱动柔索并联机器人的动力学模型;讨论优化过程中涉及的设计变量、约束方程表达式和目标函数,建立混合驱动柔索并联机器人系统的集成优化模型。结合实例,对混合驱动柔索并联机器人系统进行分离优化设计和集成优化设计的数值仿真比较研究,结果表明,集成设计方法能够使系统获得更好的动态性能。     

硅片传输机器人手臂结构优化设计方法

提出一种以硅片传输机器人末端竖直方向上由手臂静变形引起的静偏移为约束、以刚性杆柔性关节系统固有频率为优化目标、以各手臂壁厚为优化参数的硅片传输机器人手臂结构优化设计方法。建立硅片传输机器人刚性杆柔性关节动力学模型,通过系统固有频率分析以及模态分析确定对轨迹精度影响较大的模态为一阶模态与二阶模态;通过分析结构参数对一阶与二阶固有频率影响的灵敏度以及权值选择小臂与末端手臂的质量作为优化参数;建立以手臂厚度为变量、以手臂结构尺寸为约束的手臂挠度模型与末端竖直方向静偏移模型,分析手臂厚度对末端竖直方向静偏移的影响规律并对末端手臂与小臂的厚度尺寸进行优化设计;对结构优化设计前后硅片传输机器人手臂的性能进行对比分析。结果表明:该方法在大幅度降低手臂质量的同时可显著提高硅片传输机器人手臂的一阶与二阶固有频率,大幅度降低了末端竖直方向上的静态偏移及内应力,大幅提高了系统竖直方向上的振动频率。     

考虑摩擦和柔性的机构运动参数模糊动态可靠性分析

因摩擦和柔性的影响,柔性机构运动参数为高度非线性,极限状态方程具有模糊性。为了进行动态可靠性分析,提出了柔性机构模糊响应的动态可靠性分析方法。在多柔体系统动力学分析的基础上,利用人工神经网络方法计算柔性机构模糊随机动态响应的分布特性。根据可靠性要求,计算出模糊动态可靠度。结合空间站柔性展开机构实例进行分析和计算,取得了很好的结果,为柔性机构可靠性分析提供了一种新方法。     

一种考虑柔性的码垛机器人动力学性能优化方法

提出一种考虑关节柔性影响的高速重载码垛机器人动力学性能优化方法。首先,考虑关节柔性的影响,建立了刚柔耦合动力学方程; 随后进行了模态分析以及受迫振动分析; 提出以最低阶固有频率最大和各关节驱动力矩基于目标轨迹上的最大值最小作为动力学优化目标; 最后构造有约束的多目标优化问题,并利用遗传算法对该多目标优化问题进行求解。优化结果表明,机器人的动力学性能明显改善,说明优化方法合理有效。     

高速重载码垛机器人刚柔耦合模型建立及动态特性分析方法

针对高速码垛机器人高速、高加速度、大负载的工作特性,提出一种考虑关节柔性的高速重载码垛机器人结构建模及动态特性分析方法。首先,建立刚柔耦合动力学模型,对高速重载码垛机器人的关节柔性进行描述; 其次,基于建立的刚柔耦合动力学模型,对机器人的重要动态特性——振动模态进行分析; 最后,设计力锤瞬态激励实验,对2种方法的有效性进行验证。实验结果表明,该结构建模方法有效地分析了高速重载码垛机器人关节柔性的影响,动态特性分析方法有效地分析了机器人的振动模态。     

斜齿轮副动态特性对支承结构参数的灵敏度

针对斜齿轮副动特性的灵敏度问题 ,考虑轴和轴承的柔性以及由于轮齿啮合而产生的横向运动、扭转运动、轴向运动与旋转 (摆动 )运动间的动态耦合的影响 ,建立了斜齿轮传动系统的动力学模型 ,推导了固有频率及动态啮合挠度相对于斜齿轮副支承结构参数的灵敏度计算公式 ,并给出了实例。这一方法可用于斜齿轮传动系统的动态优化设计及改进设计     

基于模态柔度和能量分布的机床动态优化设计

使机床切削点动柔度最大值在整个工作频率范围内最小,是机床实现无颤振稳定切削和高精度切削加工的要求,也是对其进行动态优化设计所应达到的目标。基于模态柔度和能量分布的机床结构动态优化设计原理,实现了一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的优化方法。该方法利用切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,首先寻找薄弱模态,再分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定该模态上的薄弱环节,然后在一定的约束条件下,改进这些环节的设计参数,从而实现优化目标。以某型万能工具铣床为例,在整机建模分析计算的基础上,阐述了该优化方法的具体应用。通过模态柔度和能量分布计算,判明该机床的薄弱环节是横梁-水平主轴体系统,针对薄弱环节设计参数的改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度都有较大的降低,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低近18%。并在此基础上进行结构改进设计,改进前后机床的谐响应分析和切削试验对比结果表明优化方法有效地改善了机床的动态性能,再生颤振稳定性得到大幅提高。     

基于Stewart构型的六维力/力矩传感器刚柔度性能研究

刚柔度是传感器的基本特性,是在工作空间中定量衡量其性能与结构参数间关系的重要指标.应用并联机器人机构学理论,对基于Stewart结构六维力传感器的性能指标进行理论推导,定义并分析了其刚度和柔度性能指标,为六维力传感器的优化设计和工程应用提供理论基础.     

Dynamic optimization of robot arm based on flexible multi-body model

This paper examines the effect mechanism of torsional stiffness on flexible joints and the dynamic optimization of a six Degree-of-freedom industrial robot arm. The design optimization of the robot arm is investigated based on the rotor-torsional spring model and finite element method. The flexible multi-body dynamic model of the robot arm are established by considering the flexible characteristics of arms and joints, and the natural frequencies of a robot arm are calculated to obtain the torsional stiffness of the flexible joints. Natural frequency results gradually increased with joint stiffness improvement. Using the established dynamic model, the topology optimization on the robot arm is carried out by regarding lightweight as design goal and total displacement as constraints. The tare-load ratio and dynamic performance of the optimized robot arm are significantly enhanced compared with the original design model. This research can provide the theoretical basis for the dynamic optimization and upgrade of lightweight robot arm.     

半步行移动机器人的动力学建模

对半步行移动机器人行走机构的结构进行了分析。应用方向余弦矩阵理论和牛顿-欧拉动力学理论建立了机器人步行时的动力学模型，为机器人的结构优化设计提供了理论依据和为机器人的控制算法提供了数学模型。     

轻量化惯导系统振动响应分析与减振器优化

惯导系统轻量化设计产生的结构柔性对其振动响应会产生不可忽略的影响。针对某型轻量化惯导结构,采用基于频响函数的子结构综合方法,建立了惯导系统的动力学模型,并应用此模型分析了IMU柔性对惯导系统的影响,并提出了一种减振系统参数优化设计方法。通过减振器优化,惯导系统的角位移明显减小,有效抑制了振动耦合。最后通过振动实验验证了优化方法的准确性,同时发现惯导系统经减振器参数优化后提高了振动过程中惯导系统航向和姿态测量精度。     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

五自由度关节型机器人结构设计及其动态仿真研究

为了研究机器人的总体动态性能,首先进行了机器人的总体结构设计,并在Pro/E环境下建立了五自由度机器人3D机械装配模型,运用ADAMS软件对其进行了运动动力学的三维动态仿真研究,最后根据测量输出结果讨论了系统设计的合理性以及在实际应用中的意义.对机器人的后续研究,这些研究成果具有一定的参考价值.