作大范围运动柔性梁的一种碰撞动力学求解方法

研究作大范围运动柔性梁的碰撞动力学问题。针对梁碰撞前、碰撞过程、碰撞后三个阶段,分别建立各阶段的动力学方程。基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,建立梁无碰撞时的刚柔耦合动力学方程。结合冲量动量法和接触约束法提出一种碰撞动力学求解方法,先以冲量动量法实现运动转换得到协调的碰撞初始条件,再以接触约束法求解碰撞过程。导出系统的刚柔耦合碰撞动力学方程,给出了接触、分离判据,实现三个不同阶段的转换与动力学求解。编制仿真软件,对实例进行动力学仿真,得到系统不同阶段的动力学响应。研究表明,所提碰撞求解方法可以较方便地用于计算柔性多体系统的碰撞问题。梁的柔性、大范围运动及碰撞效应相互耦合,碰撞行为对于柔性多体系统碰撞过程和碰撞后的全局动力学性态均产生较大的影响。     

受限柔性机器人臂的动力学分析

针对柔性机器人臂操作受作业环境约束的刚性负载，建立了系统的动力学模型。根据物体与作业环境的约束关系。推导出系统的正动力学模型。以期望的被操作物体的轨迹和物体与环境的作用力为边界条件，推导出系统的逆动力学模型，由此所求出的柔性机器人臂的输出关节角和关节驱动力矩可使机器人臂操作物体准确地实现期望轨变和与环境的作用力，并就具有三柔性杆机器人臂操作刚性负载进行了仿真，验证了方法的有效性。     

具有关节柔性和臂柔性的机器人操作受限物体的动力学建模

针对具有柔性关节和柔性臂的机器人操作受作业环境约束这种情况,基于绝对坐标建立了系统的动力学模型。根据物体与作业环境的约束关系,推导出系统的正动力学模型。以期望的被操作物体的轨迹和所期望的物体与环境的作用力为边界条件,推导出了系统的逆动力学模型。对于给定的任务,所提出的逆动力学模型可求出柔性机器人的理想输入。而所提出的正动力学模型可用于数值仿真。通过对具有三柔性关节和三柔性臂的机器人臂进行仿真,验证了该方法的有效性。     

基于目标运动规划的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学模型

多个刚性机器人协调操作闭链负载 ,目前已在其运动学方面有了一些研究 ,但在柔性机器人领域中 ,对此问题的研究尚未展开。本文在对闭链负载机构运动微分关系线性化基础上 ,利用有限元法和 L agrange方程 ,推导出柔性机器人协调操作系统的运动学及动力学协调约束条件 ,建立了系统的动力学方程 ,并给出了平面两个 3R柔性机械臂协调操作平面刚性四杆机构完成目标运动规划任务的逆动力学问题的数值算例     

多臂机器人的碰撞动力学模型

讨论了多臂机器人的手臂在协调工作时发生碰撞的动力学问题．利用机器人动力学理论和经典碰撞理论，导出了这个过程中的动力学方程，所得方程易于通过计算机编程求解。本文的工作对机器人动力学研究具有较大的实用价值。     

平面柔性并联机器人动力学建模

利用有限元理论研究柔性并联机器人动力学建模的理论和方法,分析各支链的弹性位移及其耦合关系,建立柔性并联机器人系统的运动约束条件和动力约束条件。综合考虑构件的分布质量、集中质量以及杆件的剪切变形、弯曲变形、拉压变形和横向位移的影响,运用运动弹性动力学理论和Lagrange方程,推导出平面柔性并联机器人的动力学方程。以平面3-RRR柔性并联机器人为例,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响。     

液压履带起重机工作装置的机器人动力学模型

建立了液压履带起重机工作装置的机器人动力学模型 ,该模型能够反映起重机进行回转、变幅和起升作业时 ,工作装置和吊重的动态行为。采用机器人动力学方法推导出系统的动力学方程 ,并用数值方法加以求解。最后 ,利用计算机仿真的方法 ,对起重机回转运动和变幅运动进行了仿真     

基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化

研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值。基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型。在此基础上,针对机器人的构态切换平稳性问题,从构态切换前的速度性能、构态切换时的冲击性能和构态切换时的动力学性能3个方面对机器人的冲击运动性能进行分析,并建立了相应的性能指标。通过分析影响性能指标的机器人参数,对上述冲击运动性能指标进行分类,并基于权重系数法,构建面向综合评价指标的参数优化设计模型。以平面3自由度变胞机器人为例,仿真分析机器人参数对冲击运动性能的影响,并对其进行优化设计。研究结果表明：通过改变杆件长度和初始构型可有效减小机器人构态切换时所产生的冲量,改善了机器人的冲击运动性能,有利于提升系统运行的稳定性和安全性。     

双柔性杆弹塑性碰撞动态子结构方法的研究

针对双柔性杆碰撞问题,考虑杆的弹塑性波传播,推导动力学控制方程,建立动态子结构模型,提出双柔性杆轴向碰撞的动态子结构方法。通过与三维弹塑性动力有限方法的对比表明,该方法的数值计算结果合理、精确,不仅能够计算复杂多变的碰撞力响应和变形响应,而且能够准确计算碰撞弹塑性波的传播,清晰刻画弹塑性波的传播、反射、相互作用等波传播规律。因此,可以作为一种研究多柔性杆弹塑性碰撞响应的有效的数值分析手段。     

双柔性杆弹塑性碰撞动态子结构方法的研究

针对双柔性杆碰撞问题,考虑杆的弹塑性波传播,推导动力学控制方程,建立动态子结构模型,提出双柔性杆轴向碰撞的动态子结构方法。通过与三维弹塑性动力有限方法的对比表明,该方法的数值计算结果合理、精确,不仅能够计算复杂多变的碰撞力响应和变形响应,而且能够准确计算碰撞弹塑性波的传播,清晰刻画弹塑性波的传播、反射、相互作用等波传播规律。因此,可以作为一种研究多柔性杆弹塑性碰撞响应的有效的数值分析手段。     

柔性机械系统动力学的变形耦合方法

采用弹性广义坐标耦合形式描述柔性构件的变形场 ,引入非线性位移 -应变关系确定新的形函数 ,使柔性体广义变形坐标 -应变成为线性关系 ,采用这种线性形式描述柔性体的应变能。将含变形广义坐标二阶项保留到求出偏 (角 )速度后再线性化 ,根据Kane方程建立了基于小变形的柔性机械系统动力学一致线性化模型。对含柔性梁的急回机构动力学进行了仿真研究。仿真结果表明曲柄在一些特定转速下 ,柔性梁出现失稳 ;在某些转速时 ,柔性梁动响应具有拍频特征。     

5R柔性并联机器人系统运动微分方程

为了描述平面5R柔性并联机器人的运动学和动力学特性,需要建立机器人的运动微分方程。针对刚性活动平台和柔性杆件的运动学耦合特点,改进了一套适用于刚体、柔性体耦合的有限元建模方法,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,综合考虑了科氏阻尼、离心刚度和几何非线性的影响,利用运动弹性动力学理论,建立了平面5R柔性并联机器人的运动微分方程,避免了采用运动学和动力学约束方程的弊端,提高了建模精度。计算实例表明,该方程反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响。     

Dynamic modeling of flexible-links planar parallel robots

This paper presents a finite element-based method for dynamic modeling of parallel robots with flexible links and rigid moving platform. The elastic displacements of flexible links are investigated while considering the coupling effects between links due to the structural flexibility. The kinematic constraint conditions and dynamic constraint conditions for elastic displacements are presented. Considering the effects of distributed mass, lumped mass, shearing deformation, bending deformation, tensile deformation and lateral displacements, the Kineto-Elasto dynamics (KED) theory and Lagrange formula are used to derive the dynamic equations of planar flexible-links parallel robots. The dynamic behavior of the flexible-links planar parallel robot is well illustrated through numerical simulation of a planar 3-RRR parallel robot. Compared with the results of finite element software SAMCEF, the numerical simulation results show good coherence of the proposed method. The flexibility of links is demonstrated to have a significant impact on the position error and orientation error of the flexible-links planar parallel robot.     

Analysis of the dynamic stress of planar flexible-links parallel robots

This paper presents a method for the dynamic stress analysis of planar parallel robots with flexible links and a rigid moving platform. The finite element-based dynamic model of flexible parallel robots is proposed. The relation between elastic deformations and elastic displacements of the flexible links is investigated, considering the coupling effects of elastic motion and rigid motion. The elastic deformations of links are calculated. Considering the effects of bending-shearing strain and tensile-compression strain, the dynamic stress of the links and its position are derived by using the Kineto-Elastodynamics theory and the Timoshenko beam theory. Due to the flexibility of the links, the dynamic stresses are well illustrated through numerical simulation. Compared with the results of the finite element software SAMCEF, the numerical simulation results show the good coherence and advantages of the analysis method. The dynamic stress analysis is demonstrated to have a significant impact on the analysis, design and control of flexible parallel robots.     

NONLINEAR DYNAMIC BEHAVIOR OF VISCOELATIC TPANSMISSION BELT

The nonlinear dynamic responses of viscoelastic axially transmssion belts are investigatedand the Kelvin viscoelastic differential constitutive model is employed to characterize the materialproperty of belts. The generalized equation of motion is obtained for a viscoelatic axially transmissionbelts with geometric nonlinearity first, and then is reduced to be a set of second-order nonlinear ordi-nary differential equations by applying Galerkin's method. Finally the effects of viscosity parameterand elastic parameter and the moving velocity of the belts on the transient responses are investigatedby the research of digital simulation.     

柔性机器人的动态应力计算及疲劳特性分析

为了描述柔性机器人的动态应力状况和疲劳特性,将柔性机器人的动态应力计算与疲劳特性分析相结合,形成一种柔性机器人动态应力疲劳分析方法。分析了柔性机器人杆件的弹性变形与弹性位移的关系,计算了杆件的弹性变形及动态应力,通过计算杆件动态应力造成的疲劳损伤,预测其疲劳寿命,并根据疲劳强度计算杆件的工作安全系数。以柔性平面3-RRR并联机器人为例,说明杆件的动态应力计算和疲劳特性分析对动力学分析和设计的重要意义。     

附有滑动质量的旋转柔性梁动力学特性研究

提出用弹簧-质量系统抑制旋转柔性梁的振动,建立Euler-Bernoulli梁的动力学模型.对方程进行无量纲化,并在质量为慢时变运动、旋转角速度和角加速度为梁变形同阶小量时,对非线性方程进行近似简化,分析弹簧-质量系统对梁振动特性的影响机理.利用多尺度方法对非线性方程近似求解,在主共振、内共振条件下,研究梁和质量运动幅值随质量位置和调协参数的变化趋势.     

欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

柔性机器人协调操作系统的动力特性分析

进行了柔性协调操作机器人的动力特性分析，给出了协调操作柔性机器人各杆的动应力的计算方法，分析了其与机构构件动应力计算方法的不同，并对两3R柔性机器人协调操作一刚性负载系统进行数值仿真，计算了各杆始端、中点和末端的动应力以及每杆最大瞬时动应力和末端位置、转角误差，分析了所得结果。