变胞汽车焊接机器人动态焊接工艺参数的设计与优化研究

变胞机构是基于机构运动过程中构件数目的变化和自由度的变化为特征的机构。一种汽车变胞焊接机器人,其通过三个支撑液压杆的组合动作实现动平衡板的摆动,同时通过电机控制的转盘结构实现立柱的周向旋转运动,另外通过调节液压杆实现连杆运动,可以实现多角度运动,本设计中通过平衡块实现变胞功能,使得机构自由度发生变化,从而改变机构杆件数量,使得整个装置动作变化更多,可以适应更大范围的工作空间。使用了关联矩阵及其逻辑运算对变胞过程进行描述和建立变胞焊接机器人动态焊接参数运动学模型,为后面进行运动学仿真和动力学仿真奠定基础。     

液压装载机工作装置的构型综合与优选

研究11杆2自由度液压装载机工作装置的构型综合与优选。首先,介绍平面多环运动链单色与双色拓扑图的表达方法与平面多环机构多色拓扑图的建立方法;其次,基于平面11杆2自由度运动链图谱库,提出液压装载机工作装置构型综合方法,综合得到35个单铰液压装载机工作装置构型和35个复铰液压装载机工作装置构型,并绘制符合液压装载机工作装置结构特征的平面多环机构简图;第三,提出液压装载机工作装置的优选原则,优选得到18个可用于液压装载机工作装置的构型;最后,针对优选的液压装载机工作装置构型建立虚拟样机,模拟液压装载机实际作业工况,验证液压装载机工作装置创新构型的实用性。该机构构型综合与优选方法研究为具有自主知识产权的新型工程机械装备的研发提供了新思路。     

一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析,验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论,建立该机构的运动学分析流程图,并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例,通过运动学正解和反解分析结果的对比,验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析,将驱动力等效为关节转矩,推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸,给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数,基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究,结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

一种新型矿用正铲液压挖掘机的运动学分析

提出一种新型矿用正铲液压挖掘机,其工作装置是一个复杂的多环耦合机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式分析工作装置的自由度,得出该工作装置能够满足正铲作业要求,可以实现两个移动和一个转动。基于运动链环路理论,建立通用的机构运动学分析框图,并且利用该框图对机构进行运动学分析。基于运动学正解分析矿用正铲液压挖掘机的水平挖掘时理论可达的工作空间,得出该机构在水平挖掘时铲斗与地面的倾角为30°~50°时挖掘空间最优,满足挖掘机水平挖掘的作业要求。基于机构运动分析框图对机构进行速度分析,得到液压缸的输入速度与铲斗输出运动之间的雅可比矩阵。最后给出了五组数值算例,对运动学分析进行验证。研究结果为该机构的设计和使用提供重要的理论依据。     

正铲液压挖掘机四边形机构牵连运动分析

根据正铲液压挖掘机工作装置的机构特性,深入研究了斗杆-铲斗四边形机构的牵连运动关系,对四边形机构进行了运动学分析,归纳出了其运动过程中必须满足的各种条件,建立了数学模型.基于VB编程环境下,研究了四边形机构分析的程序实现方法.并在实际中应用于某型号正铲液压挖掘机工作装置方案设计中,对其牵连运动机构特性进行了分析评价,揭示了牵连运动液压油缸影响区域比例对挖掘机挖掘性能的重要影响.     

可控七杆机构的工作空间图谱研究

对于含有RPP型Ⅱ级杆组的七杆机构,只要可编程控制两连架杆的运动规律,就可以实现任意的往复直线运动规律.驱动往复移动构件的连杆参考点的运动规律及工作空间区域的变化规律是连杆结构角的函数,通过分析其变化规律,获得了双曲柄七杆机构和三曲柄七杆机构的工作空间图谱.分析结果可作为设计可控七杆机构以实现需要的直线输出运动规律的设计基础.     

基于构型分岔的并联机构优化设计

对于给定的一组运动输入参数,并联机构有可能出现构型分岔。为了使机构在连杆长度范围内能够随意运动,基于构型分岔进行了并联机构优化设计。在连杆空间分析并联机构运动状态的基础上,应用杆长向量表示了六自由度并联机构的16种极限构型。为避免机构出现构型分岔,利用同伦法和静态分岔条件,分析了极限构型的分岔特性,得到连杆的长度范围。对所设计的机构进行了运动可控制条件分析,以保证机构在整个杆长范围内可以控制。     

可控七杆机构的直线输出行程规律分析

分析了含RPP型Ⅱ级杆组的双曲柄七杆机构和三曲柄七杆机构的特征.分析了连杆上任意点P的工作空间的求解规律.求出了连杆点P的行程变化规律.推导出了连杆点P的位置、工作空间、行程等与结构参数的关系.该分析结果对以可控七杆机构实现任意运动规律的直线输出运动的设计有重要意义.     

平面运动链类型综合的基杆构形树法

在对平面机构闭式运动链结构组成进行研究后,提出运动链类型综合的基杆构形树法。首先,针对给定的构件数与自由度,基于缩杆邻接矩阵综合出运动链连杆序列、缩杆序列、构件度序列以及基杆联结度序列等恒量序列。然后,归纳出基于缩杆邻接矩阵对运动链进行类型综合的方法与步骤,定义了基杆构形树,并用基杆构形树综合出运动链的基杆构形矩阵,进一步研究了综合运动链联结矩阵的缩杆匹配方法。由于基杆构形树法在综合过程中按杆的级别、运动副数目以及联结关系等结构不变量将运动链进行了分类细化,因此综合规律性强、效率高,有利于减少后续刚性子链消除与运动链同构识别的计算量,尤其适合于多杆多自由度平面机构闭式运动链的计算机自动综合,并在12杆以下平面机构闭式运动链的类型综合中得到成功的应用。同时,以10杆单自由度机构运动链的类型综合为例进行了实例分析。     

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。     

单自由度八杆仿生机构构型与尺度同步设计方法

单自由度八杆仿生机构杆长参数较多，是仿生机器人领域研究的难点之一。为提高设计效率，提出一种构型与尺度同步设计方法。在选定的运动链和机架的基础上，以不等式形式分步给出运动可行性及外形约束条件，使得上一步的杆长可作为下一步求解的已知值。通过该过程，在得到八杆仿生机构构型的同时，快速得到所有杆长的初步可行域。循环上述过程，逐步缩小约束条件的范围，可使得八杆机构的杆长快速接近目标值。在此基础上，分类讨论了连杆搭接顺序、约束条件及基本运动链的差异对求解难度及构型结果的影响。利用所提出的单自由度八杆仿生机构的设计方法，在对初始条件进行合理选取的前提下，可在初步得到构型的同时将杆长限定在较小范围内，实现了构型与尺度的同步设计。该方法还可应用于其他单自由度机构的设计当中，具有较好的借鉴意义。     

正铲液压挖掘机挖掘性能图谱叠加分析法

通过对正铲液压挖掘机工作装置的机构进行分析研究,建立了正铲液压挖掘机各铰点、重心及斗齿尖的坐标,并进一步推导和建立了正铲液压挖掘机挖掘性能分析的力学模型.此外,首次提出了液压挖掘机挖掘性能的图谱叠加分析法(简称叠加法),在VB编程环境下编制了正铲液压挖掘机挖掘性能的图谱叠加分析软件.图谱叠加分析法是将每种工况下的11张挖掘图叠加在一张图谱上进行分析,更为直观、全面地反映挖掘机的挖掘性能.并以某X型正铲液压挖掘机为例,运用该软件对其挖掘性能进行了系统、全面、准确的分析,验证了本方法的正确性和有效性.     

基于多学科仿真的大型正铲液压挖掘机工作装置动态强度研究

针对大型正铲液压挖掘机工作装置结构强度的评估问题,对大型正铲液压挖掘机工作装置的结构强度进行了研究。采用离散元技术对铲斗挖掘力进行了研究,得出了工作装置斗杆挖掘等挖掘工况的动态挖掘阻力。基于MSC.Adams建立了工作装置刚体模型和刚柔耦合模型,运用刚体模型进行了工作装置最大挖掘力普查研究。最后在工作装置刚柔耦合模型中,通过施加动态挖掘阻力,进行斗杆挖掘,分析了工作装置的结构强度;同时在工作装置刚柔耦合模型中,通过施加静态的最大挖掘力,分析了工作装置的结构强度。研究结果表明,工作装置的静态仿真存在着局限性,不能全面地反映工作装置的结构强度情况,并证明了动态仿真研究的重要性,初步探究了挖掘姿态、工作负载与结构强度三者之间的关系,为大型液压挖掘机工作装置的设计提供了具有价值的参考。     

闭环机构关联杆组中基本连杆排列组合的确定

针对含冗余约束和被动自由度的闭环机构,解决其关联杆组中基本连杆的排列组合问题。采用Matlab程序,求解关联杆组中基本连杆的数目,确定基本连杆的组合形式。该方法与决策树方法相比,避免了数据的遗漏。同一关联杆组中基本连杆排列方式同构,推导出的拓扑胚图同构。提出选择性插入方法解决基本连杆的同构排列问题,通过程序实现,证明该方法能减少运算量,节省运算时间。举实例说明程序自动生成有效基本连杆排列方式的应用过程。结果表明,所提出的运算方法能在进行闭环机构拓扑胚图综合之前,清除同构的基本连杆排列方式,保证后续推导的拓扑胚图的有效性,同时便于在计算机上实现,提高自动化程度。     

一维远程运动中心机构的型综合

一维远程运动中心机构的型综合是研究多自由度远程运动中心机构构型的基础.现有的远程运动中心机构的形式有限,需要一种有效的方法构造出新的远程运动中心机构.对现有一维远程运动中心机构形式进行分类综合,给出了现有一维远程运动中心机构的五种类型:基于单个转动副、平面弧形滑轨、平行四杆、等比同向传动以及其他非严格意义上的远程运动中心机构.通过引入涵盖范围更广的平面虚拟中心机构,提出一种将两个虚拟中心机构组合构造新型一维并联型远程运动中心机构的型综合方法.这种方法也适用于混联型远程运动中心机构的构型综合.针对不同的虚拟中心机构形式给出了具体实例,得到若干新构型,证明了型综合方法的有效性.     

凸轮连杆组合机构驱动的四足仿生马机器人运动仿真研究

提出了一种仿生马构型的四足步行机器人,以用于马术辅助治疗。其单腿系统利用凸轮连杆组合机构驱动,具有两个驱动自由度,能够实现足端轨迹跨距与高度的调整。论述了凸轮连杆组合机构驱动的仿生马机器人结构与工作原理,开展了机器人的运动仿真研究。利用Solid Works软件建立机器人模型,并导入到Adams软件中进行动力学仿真分析。通过运动规划给定电机驱动函数,实现了仿生马机器人的行走运动。进一步分析得到了机器人在抬腿和落地运动过程中,足端与地面之间的接触力变化规律及相应的运动轨迹变化趋势。针对仿生马机器人运动仿真中整体出现的跳动现象,提出了采用电机变驱动规律以改良跳动的措施。研究结果为该类机器人参数的优化设计及实用化提供了理论支持。     

大型正铲液压挖掘机工作装置性能的优化仿真

针对大型正铲液压挖掘机工作装置工作范围和挖掘力的性能优化问题,首先采用ADAMSMew开发了液压挖掘机工作装置的运动学仿真模型,通过对其进行运动学仿真得出了挖掘包络图与工作范围性能指标,并通过调整铰接点位置的优化方法对工作范围的性能进行了优化;然后利用ADAMS/Hydraulics开发了正铲液压挖掘机工作装置液压模型,集成于工作装置运动学模型,从而建立了工作装置动力学模型,对其进行了挖掘力性能仿真研究,通过调整铰接点位置的优化方法对最大挖掘力进行了优化.研究结果表明,通过采用该仿真优化方法,提升了工作装置的工作范围与挖掘力的性能,筛选出的最终优化方案,将作为研发大型液压挖掘机的设计依据.     

基于扩展Assur杆组的变胞机构组成原理

提出一种模块化构造变胞机构的新方法,系统研究变胞机构结构组成问题。该方法即基于Assur杆组构造自由度为1的扩展的Assur杆组,应用Assur杆组法构造平面单自由度机构的规则,构造多自由度平面变胞机构。基于Assur杆组构建自由度为1的扩展Assur杆组,给出基于扩展Assur杆组的变胞机构组成原理、自由度的计算、具有确定运动的构型等基本问题。根据变胞后的蜕化的等效Assur杆组,研究扩展Assur杆组的运动变换特征,为变胞机构的结构综合提供依据。基于扩展杆组的概念,构造几种典型的空间1自由度变胞杆组,并对空间变胞机构的结构组成原理进行探索。实例表明,就像用Assur杆组构造普通机构一样,平面和空间变胞机构都能用所给出的自由度为1的模块构造而成,实现了系统的设计变胞机构。     

双平行四杆型远程运动中心机构的设计

双平行四杆型远程运动中心机构作为腕部结构广泛应用于微创手术辅助机器人中,可为手术工具提供一个相对固定的插入点。基于这个特点,通过型综合给出这类远程运动中心机构的10种可能构型。通过杆件的弯折可以合理地安排虚拟转动中心的位置,并为末端执行器和驱动电动机留出安装的空间。根据设计需求,使用6个参数完全确定机构连杆长度尺寸,并说明了这些参数的物理意义。分析受力和结构刚度用来决定杆件断面参数,使设计的机构体积小,重量轻。对整个机构进行驱动力矩估算以便选择合适的电动机,并指出对于一个双平行四杆型远程运动中心机构,可以使用一个配重使其平衡。最后给出应用实例说明了该机构的可行性和有效性。     

基于平面机构运动链的LEMs构型综合

提出一种LEMs机构综合方法,该方法能够求解包含转动副和移动副,以及机架和主动件变换的LEMs机构综合问题。首先,构造平面运动链的杆组邻接矩阵,基于此杆组邻接矩阵,求解给定构件数和自由度数的所有平面机构的可能连接方式;其次,基于构件和自由度的数目,分析杆组的所有装配方式,构建杆组邻接矩阵的框架,依据一定的约束条件,将第一层及之后的杆组依次装配到主动件和机架或者前层杆组上,并且同步辨识同构体,从而获取只含转动副的所有平面机构构型;然后,将主动件的运动副类型以及不同类型的各级杆组分别代入前述所求得的平面机构构型,得到包含转动副和移动副,以及机架和主动件变换的所有平面机构构型;最后,用相应的柔顺片段代替刚性片段,完成LEMs构型综合。