关键词： 空间机械臂   任务规划   多目标优化   在线路径规划  

摘要： 近年来,空间机械臂任务逐渐增多且日趋复杂,对空间机械臂效率、能耗等性能指标提出了更高要求,增加了轨迹规划的难度。由于空间机械臂的基座是不固定的,与机械臂之间存在动力学耦合,这使得进行轨迹规划时,必须考虑动力学特性。同时,通过引入动力学指标进行轨迹优化,能够提升空间机械臂工作性能。因此,考虑动力学特性的轨迹优化,具有显著的实用性。 本文以提升空间机械臂运动性能为目的,开展了空间机械臂任务规划、多约束多准则下轨迹优化以及考虑动力学特性的空间机械臂在线路径规划等研究,并验证了相应方法的可行性。研究内容主要包括以下几个方面： 首先,将空间机械臂任务归纳为四种典型任务类型,针对空间机械臂任务规划问题,通过假定“基本动作”,简化了空间机械臂任务模型,进而提出了一种基于基本动作假定的任务规划方法,完成了七自由度空间机械臂无负载转移的任务规划,获得了时耗和能耗最小的动作序列。 其次,分析了空间机械臂典型在轨操作任务中的约束条件和优化准则。针对七自由度空间机械臂轨迹跟踪任务,以末端最大速度和最大加速度为决策变量,以时间、能量最优为目标,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法,进行了轨迹优化并获得了Pareto最优解集。进而通过数值仿真,对比分析了决策变量取值不同时空间机械臂的关节力矩、关节角度等变化,验证了算法的有效性。 最后,对于空间机械臂执行任务过程中可能存在的关节力矩超限问题,建立了引入时间缩放因子的动力学模型,避免了复杂动力学模型计算。进而提出了一种能够调整关节力矩的在线规划方法,通过改变力矩超限时的机械臂关节运动参数,实现了对空间机械臂高效可靠的在线控制,最终通过数值仿真对该方法进行了验证。

关键词： 混合驱动   阿苏尔杆组   机构分析   动力学分析   优化设计  

摘要： 混合驱动机构是由常速电机和伺服电机共同驱动,实现终端轨迹柔性输出的多自由度机构。混合驱动机构中常速电机提供主要动力,伺服电机主要起调节作用,从而使混合驱动机构具有承载能力高、效率高、运行平稳、输出轨迹可调等优点。由于混合驱动机构用常速电机作为主要的驱动动力,这样就不可避免的会受到常速电机速度波动的影响。目前,在考虑常速电机速度波动的研究,大多是集中在混合驱动五杆机构上,对通用的混合驱动机构在建模方法和优化设计等方面的研究较少。 首先,本文在不考虑常速电机速度波动的影响下,对RRR型Ⅱ级杆组和RR-RR-RR型Ⅲ级杆组,进行动力学分析,并建立相应的动力学模型,将混合驱动机构拆分成基本杆组进行计算。 其次,在考虑常速电机速度波动的影响下,用拉格朗日方程对阿苏尔杆组和混合驱动机构逆运动学分析的四种基本模块进行动力学建模,引入电机动力学方程,建立阿苏尔杆组和四种基本模块的机电耦合动力学模型。将这些基本杆组模块作为混合驱动机构系统单元,得到混合驱动机构含非广义坐标的机电耦合动力学模型。然后,通过约束方程对该动力学模型进行非广义坐标的消元,得到只跟广义坐标相关的机电耦合动力学模型。 最后,对混合驱动五杆机构进行优化设计。将混合驱动机构杆长、构件质心分布参数、伺服电机运动规律作为设计变量；双曲柄存在条件、伺服电机驱动杆运动的连续性、混合驱动机构的机电耦合动力学模型为约束方程；终端轨迹误差最小为目标函数进行优化求解。

关键词： 机械   液压   系统动力   控制技术  

摘要： 在国外,很早就有人研究液压系统的功率匹配控制技术,随着人们认识的深入,这项技术发展很快,新的技术与成果不断涌现。这种技术很快传到我国,但是,我国目前主要还停留在介绍、模仿等层次,鲜有独立的技术,创新与改进就更谈不上了。

关键词： inverse dynamics   underactuated manipulators   passive joints   servo-constraints  

摘要： Manipulators with both active and passive joints are examples of underactuated systems, featured by less control inputs than degrees of freedom. Due to the underactuation, in the trajectory tracking (servo-constraint) problem, the feed-forward control obtained from an inverse model is influenced by internal dynamics of the system, leading to a more involved control design than in the fully actuated case. It is demonstrated that a convenient approach to the problem solution is to formulate the underactuated system dynamics in the input-output normal form, with the arising governing equations formulated either as ODEs (ordinary differential equations) or DAEs (differential-algebraic equations). The interrelationship between the inverse dynamics control and the associated internal dynamics is then studied and illustrated using a planar manipulator with two active and one passive joint. Some simulation results for the sample case study are reported.

关键词： 机械臂   间隙   非线性动力学   模态截取   模态能量  

摘要： 行星减速机构作为机械臂系统中常用的减速关节，在传动过程中必须保留一定的齿侧间隙，以保障系统正常工作。而减速机构中齿侧间隙、时变啮合刚度等非线性因素的存在，使机械臂系统表现出很强的非线性动力学特性。由于减速机构的动态特性影响到机械臂系统的定位精度等工作性能，本文对含减速机构间隙的机械臂系统进行了动力学建模与分析，研究了不同因素对机械臂系统动力学特性的影响，为机械臂的振动控制提供理论依据。 本文以采用行星齿轮减速机构的单杆机械臂为研究对象，综合考虑了减速机构间隙、时变啮合刚度、机械臂柔性等因素，利用集中质量法建立行星齿轮减速机构动力学模型，基于Euler-Bernoulli梁假设讨论柔性机械臂的弹性变形，利用Lagrange方程建立系统的运动微分方程，并用ADAMS多步积分方法对方程进行求解。基于建立的模型，以能量收敛程度为标准，引入模态截取的能量判据，研究了不同工况下各因素对系统模态截取收敛性的影响，明确了各参数对系统收敛所需模态数的影响规律，为系统模型降阶以及后续动力学分析提供依据。利用非线性动力学分析方法分析了齿侧间隙等因素对系统动力学特性的影响，分析结果表明：间隙对系统响应影响显著，且随着齿侧间隙的增大，传递误差对机械臂定位误差的影响逐渐占主导作用；另外，激励频率的变化、机械臂柔性与间隙的耦合作用等也会导致系统动力学性能发生改变。 本文引入了模态能量的概念，并基于建立的机械臂系统动力学模型，考察了不同工况下的模态能量分布，研究了急停工况下的残余振动问题，分析了机械臂振动过程中自身的不同阶模态能量的转换与传递情况。模态能量分布的分析为明确机械臂系统振动机制以及抑制机械臂振动提供了理论参考。

关键词： 机械   动力学   分析  

摘要： 在现代社会，机械行业正处于上升期，有着广阔的发展前景，具有快速、精准、柔性自动化的特征。机械行业的快速发展，有助于促进锻压设备的稳定发展，而机械式压力机既是锻压机械的一个分支，又在机械工业中扮演着不可或缺的角色，并且已经得到了广泛的应用。由于压力机的种种因素不同，例如转速、环境等因素各有特点，所以实现的运动也是多种多样的。本文主要针对多连杆机械式压力机动力学发展中的问题、性能以及问题的处理等进行分析。

关键词： 碰撞振动   系统响应   三维分岔图   混沌  

摘要： 有一大类工程机械如振动成型机、路面夯实机、振动分筛机等利用碰撞振动来实现其功能。同时,碰撞振动现象也广泛存在于其它机械系统中,例如齿轮啮合传动,列车车轮与铁轨之间相互作用等。研究碰撞振动系统对于利用碰撞振动实现机械功能,或避免碰撞振动造成的机械故障、结构损坏、噪音等负面作用,都具有重要的实际工程意义。 碰撞和冲击系统具有极为复杂的非线性动力学行为,我们一般运用定性和定量的方法,通过系统相图、Poincare截面映射、分岔等非线性动力学研究方法讨论系统的动态响应。对于机械系统,我们特别关注系统的力学行为与约束、间隙、频率等参数之间的关系。 本文针对振动成型机、振动分筛机等工程机械,建立含间隙的单自由度和两自由度碰撞振动系统模型,分别采用瞬时冲击法和分段弹簧—阻尼接触模型两种方法讨论接触碰撞过程,在Matlab中用四阶龙格—库塔法求微分方程数值解,主要研究内容包括： (1)建立单自由度自由振子碰撞振动系统模型,列出动力学微分方程,利用Matlab计算软件,数值仿真出系统的动态响应,采用时间历程图、相图、分岔图、庞加莱映射图等结合的方法对系统动力学行为进行探讨,并分析不同参数对系统响应的影响程度。 (2)以实际工程案例“振动压实成型机的系统参数选取”为基础,提出创新的动力学分析方法“三维全局分岔图”。得出两个控制参数下的系统动态响应分岔图,并以实际工艺需求为标准,选取满足条件的参数范围,为设计人员解决实际工程问题提供理论基础和参考依据。 (3)建立含单侧约束的两自由度碰撞振动系统动力模型,列出微分方程并进行无量纲化处理,得到系统的动力学响应,对系统周期及稳定性进行分析,并讨论系统各参数对动态响应的周期性、分岔、进而演化为混沌运动状态的影响。 (4)研究碰撞振动系统中,非线性参数元件对状态响应的影响结果。在单自由度系统中讨论振子支承弹簧为分段线性的非线性参数下对系统动力学行为的影响；在两自由度系统中讨论如空气弹簧的强非线性元件对系统动力学行为的影响。

关键词： 江苏   动力   新疆   自治区   工程机械   信息化委员会   国际会展中心   运输车辆   交通运输   建筑机械   城乡建设   博览会   住房   企业   经济   观众   单位  

摘要： 2014年7月22～24日，由新疆维吾尔自治区经济和信息化委员会、自治区交通运输厅、自治区住房和城乡建设厅等单位共同主办的第四届新疆国际工程机械、建筑机械及运输车辆博览会（简称XJICE新疆工程机械展）在新疆国际会展中心如期举办，本届展会参展企业数达到221家，到访观众五千余人。

关键词： 机械设计制造及其自动化   卓越工程师教育培养计划   材料成型及控制工程   学院  

摘要： 2014年1月原机械与材料学院更名为机械与动力学院,学院现设有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程、工业工程、能源与动力工程、核工程与核技术六个本科专业,其中机械设计制造及其自动化为国家特色专业、第二批卓越工程师教育培养计划专业和省本科品牌专业,材料成型及控制工程为第三批卓越工程师教育培养

关键词： 机器人动力学   拉格朗日动力学方程   凯恩动力学方程   系统仿真  

摘要： 机器人动力学主要探讨其机构的力与运动相互间的影响。机器人系统涵盖了众多关节和连杆，存在若干个输入输出，以及交错的联动关系和明显的非线性，用一般常规方法很难对其进行有效地研究，旨在适应机器人设计研究的需要，机器人动力学也就随之兴起。 本论文课题以曲轴加工自动物料系统为基础，按照其特点，对其进行动力学分析与开发研究，旨在尽可能地优化结构，提高效率，促进经济效益的稳步提升。 首先，基于曲轴上下料作业实际工况，对机械手的总体方案进行选型，通过对比确定了机械手的基本形式,进行了结构设计，确定了机械手的结构形式、基本参数。并确定其传动、驱动形式，并对相关件进行验证。 其次，对多关节机械手进行动力学分析，证明拉格朗日动力学方程与凯恩动力学方程之间可以相互转化。通过凯恩动力学方程与拉格朗日动力学方程联合应用，提出一种求解机器人动力学方程的新方法，在多关节机械手上应用，并通过证明具有通用性。 最后，采用PRO/E构建该三自由度机械手的虚拟三维实体模型，并将其导入ADAMS动力学仿真分析平台，进行动力学仿真分析。通过分析得出（角）速度、（角）加速度以及驱动力（矩）的特性曲线，验证其结构的合理性，也为今后机械手的设计研发工作提供些许有价值的数据。 本课题是一个理论与实际联系较为紧密的实用性项目，文中在机械手结构形式的确定、驱动方式的选型以及机器人动力学方程的建立等方面进行了切实有效的探讨，对机械手的设计研制有一定的借鉴价值。