高阶导数和多峰输入整形的机器人抑振分析

输入整形是一种能够有效抑制柔性机器人残余振动的控制策略。但系统的共振频率、阻尼比等参数受外界影响发生变化时,其抑振性能会降低,需要建立一种抑振频率宽度更大的输入整形器。对零振动与零导数和极不灵敏输入整形器进行改进,增加高阶导数或多峰约束条件,从而改善其鲁棒性,获得更大的抑振频率宽度。对多种改进型的输入整形控制策略进行理论分析,构建一种3-DOF并联机器人的多个高阶导数和多峰输入整形器,通过仿真分析其抑制机器人残余振动的响应曲线,并与常规的输入整形器进行对比。     

基于3-UPU的并联机构高空平台抑振系统研究

为实现幕墙安装人机协作系统中高空平台振动抑制,针对该平台存在的多维振动特性,提出应用基于3-UPU并联机构的振动抑制装置。该机构通过改变支链长度实现动、定平台相对移动,各支链分别应用阻尼吸振装置进行能量吸收,从而减小高空作业平台的振动。为控制高空作业平台与被吸附幕墙之间作用力,建立了并联机构运动学模型和静力学模型,并计算了雅克比矩阵,进而建立等效阻尼和各支链阻尼及动平台位移之间的关系。最后,对阻尼抑振机构应用Matlab/Simulink进行仿真分析,结果显示当抑振机构的支链阻尼均为11000 N·S/m时,振动响应大约0.3 s后趋于稳定,该减振机构对冲击振动衰减效果明显,可以显著提高高空作业平台稳定性,并实际验证了并联机构抑振的有效性。     

一种三自由度全柔性并联微动激振台的设计

根据工程多维振动模拟的需要,设计了一种非对称全柔性3-RRRP微动并联激振台机构。在普通非对称3-RRRP并联机构基础上,将机构中的普通关节全柔性化,形成新型全柔性微动并联机构,在全柔性并联机构的主动件处施加单自由度的压电陶瓷激振器,设计出全柔性的多维微动激振台,经理论分析,发现该振动台具有三平移的微振动模拟输出。最后,对之进行了ADAMS软件仿真模拟,模拟结果显示,此种全柔性多维微动激振台可以以单层结构实现不同方向单自由度的平动振动模拟,也可以实现多维(二自由度或三自由度)微动振动的模拟输出,且激振输入与振动输出运动学完全解耦,具有相同的振动规律与振动频率,容易控制。     

6自由度索并联机构的振动特性

6自由度索并联机构可以实现空间大范围的6自由度运动,在装配、对接和定位等应用中具有较大的优势.针对柔性绳索容易引起系统振动的特点,对6自由度索并联机构的振动特性进行分析.利用Newton-Euler方法建立系统的动力学模型,对动力学方程线性化获得系统的振动方程.在此基础上,得出各阶固有频率的分布情况,并分析一阶固有频率对结构参数的灵敏度特性.通过绳索受力频谱分析试验,获得6自由度索并联机构试验平台的一阶和二阶固有频率.试验结果与理论计算值接近,验证了所提方法的正确性.     

FAST馈源支撑系统的终端精度保证研究

我国自主设计和建造的500 m口径大型射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)已经顺利完成主体工程,后续将转入控制调试和试运行阶段。创新的光机电一体化的馈源支撑系统有效减轻了系统重量和造价,但是大跨度索并联机构的使用导致了风扰振动问题。FAST馈源支撑系统的终端轨迹精度是实现其观测能力的关键,因此迫切需要展开抑振控制研究,以保证系统稳定性和终端精度,支撑后续天文观测功能的实现。针对该问题,建立轨迹补偿和内力抑振控制逻辑,并利用馈源支撑系统缩尺模型完成了轨迹补偿抑振控制的试验研究。建立FAST馈源支撑系统的整体动力学仿真模型,开展了内力抑振控制的仿真研究。对上述两种抑振控制方法的特点和适用性展开了讨论。抑振控制方法及对比讨论研究为FAST项目的工程实践提供了理论指导和试验支撑,并可拓展应用于其他柔性支撑机构的控制研究。     

基于MR阻尼器高空平台半主动抑振系统研究

针对自主研发的高空幕墙安装机器人作业平台进行了多维振动的研究。构建了以两自由度并联机构为主体结构,旋转式MR阻尼器为执行器的多维减振系统。采用Lagrange方程建立了减振系统的动力学方程,分析了其振动特性,设计了一种基于磁流变液剪切工作模式的旋转式磁流变阻尼器,分析了磁流变阻尼器的力学特性,对并联机构进行了运动学和动力学分析,并根据机构运动学方程推算出平台位置状态,多维抑振系统快速抑振。借助Matlab对整个系统进行了仿真实验,分析计算了该多维抑振系统的有效性和可行性。     

七索并联对接机构作业空间分析及索力优化设计

柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适合于重载及长径比大的工件吊装对接。提出一种七索驱动的6自由度柔性并联对接机构。借助静力学方程推导出该七索柔性并联机构的结构矩阵,并根据结构矩阵的零空间,计算得到设计参数下的可控工作空间和可行工作空间。通过比较工作空间大小,确定出动平台铰接点角度、动平台半径和下拉索分布半径3个设计参数。以下拉索索力均匀为优化目标,计算出下拉索索力变化情况,并结合工作空间分析和索力变化特点,给出一组满足设计要求的尺度参数。     

基于高阶导数和多峰输入整形的一种并联机器人抑制振动的灵敏度分析

输入整形器能有效抑制柔性机构的残余振动,其鲁棒性是评价输入整形器抑制振动幅值和频率范围能力的重要参数,可通过分析灵敏度曲线的不灵敏度获得。为了获得更高的鲁棒性,对典型的输入整形器进行改进,分别增加高阶导数和多峰的约束条件,从而加宽抑制残余振动的频率范围。介绍了高阶零振动与零导数和多峰极不灵敏输入整形器的基本原理和鲁棒性分析方法,并将其应用于一种柔性并联机器人。使用数值仿真对输入整形器的鲁棒性进行分析,对各种输入整形器的不灵敏度进行对比。此外,通过系统响应曲线,分析系统共振频率的变化对输入整形器抑振能力的影响,从而验证各种输入整形器鲁棒性的高低。仿真结果表明,THEI输入整形器的鲁棒性最高,DHEI输入整形器的综合性能最好。     

转子系统永磁变刚度抑振及吸振研究

针对旋转机械往往存在振动过大的问题,提出了采用永久磁铁构成的变刚度机构实现转子系统抑振和吸振。首先应用电磁学理论推导了永磁变刚度机构的刚度公式并进行分析;其次将永磁变刚度机构应用于转子系统的振动抑制并进行了试验研究;最后设计了含永磁变刚度机构的旋转机械动力吸振器,并进行了转子-吸振器系统的动力学仿真和试验研究。结果表明,所提出的永磁变刚度机构具有非接触、刚度值大、容许相对位移大、线性度好等优点,且可以通过动静磁铁间距调整实现刚度变化;该机构对转子系统的振动抑制和吸振都有良好的效果。     

基于视觉的风洞支杆主动抑振方法

为了实现风洞试验中悬臂式支杆振动的有效抑制,获取振动位移作为直接反馈信号,提出一种基于机器视觉的风洞支杆抑振方法。首先,结合FPGA图像处理和DMA数据传输技术,提出一种基于Otsu阈值分割的视觉振动实时测量方法;其次,将视觉系统获取的实时振动信息应用到反馈控制中,提出基于视觉的风洞模型支杆抑振方法;最后,搭建试验平台,完成了试验。试验结果表明,该控制系统能够发挥较好的抑振作用,在俯仰方向上,使用激振和锤击2种方式进行试验,系统阻尼比可由0.007 2提高至0.040 4,激振法抑振后剩余振幅比例约为12.73%。试验结果验证了该基于视觉的主动抑振系统具有可靠性和有效性。     

大射电望远镜新构型的结构优化设计、虚牵索的抑制分析及风致振动实验研究

大射电望远镜馈源柔索支撑系统是一类大跨度柔索并联机器人(WDPR)。为了抑制悬索虚牵和馈源舱的风致振动,提出了在此机器人的动平台上增加盛液容器的结构新方案。首先,运用Guldin定理确定轮胎状附加容器中液体体积在并联机器人的不同俯仰角度处的静态分布规律,进而建立此机构的力学模型;其次,建立WDPR非线性两层优化模型,并应用遗传算法获得LT500 m附加容器结构的优化参数;最后,从数值分析和实验两种途径分别检验新方案克服悬索虚牵和抑制风振的效果。分析与实验结果表明与原构型相比,该结构方案能够抑制悬索的虚牵和风致振动。     

柔性冗余度机器人考虑抑振的力矩优化算法

利用拉格朗日乘子法对柔性冗余度机器人考虑抑振的关节力矩优化进行了研究。应用模态理论研究了柔性冗余度机器人振动控制的原理，分析了自运动对机器人振动的影响，把主动控制思想应用于柔性冗余度机器人振动的控制中，通过规划自运动构造出合适的模态控制力对机器人的振动进行主动抑制。在此基础上利用拉格朗日乘子法，提出了一种在满足抑振的同时进行机器人关节力矩优化的方法，数值仿真验证了本方法的有效性。     

基于压电模糊控制的2R柔性机械臂主动抑振实验研究

柔性机械臂在运动过程中不可避免产生弹性振动,对柔性机械臂的振动抑制成为重要研究课题.基于压电陶瓷的模糊控制抑振,利用电阻应变传感器检测机械臂振动信息,经动态应变仪采集到计算机系统,根据控制规律进行模糊运算,得到控制电压,再以该电压驱动压电陶瓷片,产生与振动方向相反控制力矩,抑制机械臂柔性变形.实验结果显示,模糊控制方法可靠,压电抑振效果显著.     

基于ADAMS的新型并联机构运动学仿真

结合现有并联机构与柔索并联机构的特点,设计出一种刚柔结合的并联机构。在机构中加入柔索,达到提高机构精度、减小机构振动的目的。首先系统介绍了机构的构型,然后应用ADAMS仿真软件建立了并联机构的虚拟样机模型,进行了运动学仿真分析,证明了机构设计的合理性。     

负脉冲混合多模态输入整形器抑振鲁棒性分析

鲁棒性是评估输入整形器抑振能力强弱的重要指标,可通过分析灵敏度曲线获得。描述了一种新型负脉冲混合多模态输入整形控制策略的构建方法与鲁棒性分析原理。建立六种负脉冲混合两模态输入整形器抑制一种3-DOF机器人的残余振动,通过仿真分析了它们前两个模态的抑振频带宽度与频率误差范围,并分析了各种多模态输入整形器的抑振特性和选用原则。结果表明,采用新型控制策略建立的输入整形器NZVD-NEI的鲁棒性最好,且脉冲类型的变化和混合控制策略的应用将改变多模态输入整形器的鲁棒性,NZV-NZVD输入整形器对这种3-DOF机器人抑振的综合性能最好。     

大型空间柔性桁架结构模态实验研究

提出杆系结构的内力脉冲激振法,克服了宽带随机激振法能量分散不易激起各阶模态以及正弦激励慢的缺点,并用半正弦冲击波形完成了大型空间柔性桁架结构的模态实验,得到了系统的固有频率和模态振型。实验结果与理论计算结果非常吻合,验证了理论计算方法的正确性。实验结果表明采用内力脉冲激振的方法能够有效地激起结构的固有频率。实验所得振动参数可为下一步空间柔性桁架结构振动主动控制提供直接依据。     

一种新型并联机构构型设计及动力学仿真分析

综合刚性、柔索并联机构的特点,提出一种基于刚柔结合的并联机构新构型。在机构中加入柔索,达到提高机构精度、减小机构振动的目的。首先对机构的构型作了系统的介绍,然后应用ADAMS仿真软件建立并联机构的虚拟样机模型,分别对改进前后的机构进行动力学仿真,并作对比分析。     

板材安装机器人抑振阻尼系统研究

介绍板材安装机器人与板材干挂工艺,针对机器人提升门架结构的低频振动问题进行振动模态分析,并对幕墙安装精度影响最大的门架左右方向振动进行抑制。通过对实际工况的分析计算和测量,创建扶墙系统模型,设计阻尼抑振扶墙机构,并对其抑振效果进行仿真和试验分析,该机器人末端执行机构振动曲线显示,增加抑振结构可达到很好的减振目的。     

基于刚柔结合的四自由度并联机构构型设计

现有的并联机构存在着形式单一、机械性能不足等缺点。基于刚性、柔索并联机构的特点,文中提出两种基于刚柔结合的并联机构新构型,在已有机构中加入柔索,达到提高机构精度、减小机构振动的目的。分别对两种机构的构型和控制作了系统的介绍,并对两种构型在控制和构型设计中的难点问题提出相应的解决方法。     

三维并联振动铸造机的设计与运动性能分析

基于并联机构的原理,研制了一种三维并联振动铸造机,介绍了三维并联振动铸造机的结构组成和功能特性,对铸造机的激振机构进行详细设计和运动性能分析。所设计的三维并联振动铸造机将运动部件的支撑和激振功能分离,以全解耦的混联机构2PRRR-P(2R)作为激振机构,实现砂箱沿X、Y、Z三个方向的振动。试验结果表明,该铸造机可减少铸造缺陷,明显改善铸件质量,提高劳动生产率,降低生产成本。