检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：吕明青北京林业大学

学位级别：硕士

压力机是汽车和轨道交通等装备制造行业所需的重要冲压成形设备,随着上述行业的高速发展,对压力机的效率和成型质量提出了更高的要求。同时机械压力机的滑块运动特性单一、柔性差,难以适应不同材料冲压成形的工艺要求。伺服压力机是基... 详细信息

压力机是汽车和轨道交通等装备制造行业所需的重要冲压成形设备,随着上述行业的高速发展,对压力机的效率和成型质量提出了更高的要求。同时机械压力机的滑块运动特性单一、柔性差,难以适应不同材料冲压成形的工艺要求。伺服压力机是基于伺服控制技术的一种新型冲压成形设备,采用伺服电机作为动力源,可灵活调整滑块的运动轨迹,满足不同材质板料的成形工艺要求,具有加工柔性好、成形精度高、节能增效等特性,伺服压力机已逐步替代机械压力机。近年来,我国工程师和学者已对大型伺服压力机的研制领域的部分关键技术予以研究,但在传动机构构型选择、尺寸优化设计和伺服压力机滑块轨迹规划等部分仍有可以完善之处。因此,本文针对此部分关键技术进行了研究,主要内容和结论如下: 主传动机构是伺服压力机的重要组成部分,负责将驱动电机的动力传递给执行机构。主传动机构的性能将直接影响冲压成形质量和效率。大型压力机的传动机构多采用连杆机构,常用的有:四连杆、六连杆、八连杆等,本文对上述三种典型结构进行建模,综合考虑运动学和动力学性能指标,确定六连杆机构作为研究重点。建立了一套六连杆传动机构综合优化设计模型,对主传动机构开展尺寸优化设计研究,提升压力机的锻压性能。首先针对机构的运动稳定性、力传递性能、位置精度及增力特性四方面进行分析,以滑块速度波动、压力角、侧向力和机构的机械增益为优化性能指标,通过统一量纲和线性加权的方式构造出反映综合性能的优化函数,引入几何、位置以及行程约束,采用遗传算法完成了多目标优化设计。结果显示优化后的传动机构在工作阶段速度波动降低20.71%,最大侧向力降低9.34%,最大压力角降低9.16%,最大机械增益降低5.52%,有效提升了压力机的综合锻压性能。本文针对六连杆大型伺服压力机,提出了一种主传动机构轨迹规划方法,有效提升伺服压力机的能效和生产效率。首先基于“库伦-粘性”摩擦模型,建立了主传动机构的高精度动力学模型。随后,考虑冲压过程中的工艺约束和要求,提出了基于复合三角函数的伺服电机加减速控制模型。最后,在主传动机构能耗和效率分析的基础上,以滑块运动的周期能耗和生产节拍为优化指标,引入机械手送料时间、滑块最大速度、主动件角速度、伺服电机工作能力限制等约束,采用遗传算法完成了轨迹规划研究。结果显示优化后的轨迹的能耗降低4.54%,生产节拍提高3.23%。

关键词：伺服压力机运动学与动力学建模构型选择尺度综合优化运动轨迹规划

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下肢外骨骼的人在环运动规划及其控制研究

下肢外骨骼的人在环运动规划及其控制研究

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作者：李文宙深圳大学

学位级别：硕士

下肢外骨骼是一种通过机电系统与传感控制网络辅助人下肢运动的可穿戴式机器人系统,有以人机共融的方式为下肢运动功能障碍患者提供康复训练与日常行走辅助的作用,具有改善下肢运动功能障碍人士的生活质量的重要意义。良好的控制策略是... 详细信息

下肢外骨骼是一种通过机电系统与传感控制网络辅助人下肢运动的可穿戴式机器人系统,有以人机共融的方式为下肢运动功能障碍患者提供康复训练与日常行走辅助的作用,具有改善下肢运动功能障碍人士的生活质量的重要意义。良好的控制策略是实现外骨骼辅助行走的基础,而运动规划是下肢外骨骼的控制策略设计的重要部分,这决定了患者穿戴外骨骼进行康复训练和日常行走的舒适度。但是,目前下肢外骨骼的步态轨迹规划多数没有考虑穿戴者的身型以及行走习惯等特点,舒适性较差。论文提出了一种结合基于直接配点法的离线轨迹优化算法和基于汤普森采样的人在环优化的运动规划方法,使用了时变虚约束方法对下肢外骨骼进行轨迹跟踪控制,其目标是最大化人穿戴外骨骼辅助行走舒适度。论文的主要研究工作如下: 针对搭建的下肢外骨骼样机建立了动态系统的数学模型。对人穿戴该下肢外骨骼样机组成的人机系统建模为一个五自由度机器人模型,利用空间向量法分析了运动学特性,利用拉格朗日法建立了动力学方程,推导了状态空间方程,并分析了该系统的欠驱动与混杂动态的特点,即站立腿的踝关节无致动器驱动,且包含摆动腿触地时候的系统状态突变。研究了下肢外骨骼的使穿戴者舒适度最大化的运动规划策略,由离线轨迹优化与人在环轨迹优化两部分组成。离线轨迹优化利用直接配点法,基于推导的人机系统的状态空间方程,根据自然的人或动物规划运动时的能量最优法则,最小化了行走过程中能量相关的目标函数,考虑了摆动腿离地间隙、行走稳定性、步态参数等约束,最终得到步态轨迹数据库。人在环优化概念为将人对某项决策给出反馈的流程放在优化算法的迭代过程中,由于不同人间的差异性,该概念被用于对控制策略进行个人化设计。在离线轨迹规划建立的包含不同步态参数的步态库基础上,设计了基于表面肌电信号的反映穿戴者舒适程度的目标函数,推导了基于汤普森采样的人在环轨迹优化方法。针对下肢外骨骼的非线性、欠驱动等特点带来的控制困难,研究基于时变虚约束的轨迹跟踪控制方法。时变虚约束控制要求通过离线轨迹优化获得良好的步态轨迹,基于此设计合理的系统输出,采用时变相位变量,推导了通过输入输出反馈线性化算法结合使系统输出渐近趋向零的线性控制算法的控制方法。仿真分析表明该控制算法能实现良好的轨迹跟踪效果。搭建下肢外骨骼实验样机,驱动下肢双侧髋关节屈伸与膝关节屈伸,共四个运动自由度,在此基础上搭建了传感与控制网络,实现了实时采集表面肌电信号与人机交互力信号,以及基于DSP的电机控制。基于运动规划轨迹跟踪的外骨骼辅助行走实验表明该下肢外骨骼样机具有良好的控制精度,且穿戴者拄拐情况下能保证行走步态的轨道稳定,稳定行走时左髋关节、左膝关节、右髋关节、右膝关节的轨迹跟踪均方根误差分别为0.2046°,0.3195°,0.2087°,0.2716°。通过人在环优化实验找到了使穿戴者舒适度最优且能稳定行走的步态轨迹,其步态参数为单步周期1.2秒,单步距离0.3米。

关键词：下肢外骨骼机器人运动学与动力学建模虚约束控制表面肌电信号人在环优化

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基于矢量对偶四元数的水下机动目标自适应跟踪

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哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1444-1449,1463页

作者：侯翔昊乔钢周建波杨益新哈尔滨工程大学水声技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工程大学) 黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001 西北工业大学航海学院陕西西安710072

为实现水下机动目标准确可靠跟踪,本文将水下目标视为刚体,考虑水下机动目标平动转动耦合现象,提出了一种自适应跟踪算法。采用矢量对偶四元数对水下非合作目标的运动学与动力学过程进行建模,对其六自由度耦合运动进行一体化描述,更加... 详细信息

为实现水下机动目标准确可靠跟踪,本文将水下目标视为刚体,考虑水下机动目标平动转动耦合现象,提出了一种自适应跟踪算法。采用矢量对偶四元数对水下非合作目标的运动学与动力学过程进行建模,对其六自由度耦合运动进行一体化描述,更加真实简洁的反映水下目标的运动特性。考虑水下环境干扰对观测量的影响,结合自适应卡尔曼滤波算法,通过实时计算新息信息调整滤波增益,对水下机动目标当前状态进行自适应估计,克服了传统非线性卡尔曼滤波算法不能处理受扰观测的局限。基于Matlab仿真平台完成了对所设计算法的蒙特卡洛仿真。仿真结果表明:在给定的水下三维仿真空间内,所设计的算法能够对水下机动目标进行准确可靠的跟踪。

关键词：矢量对偶四元数平动转动耦合水下目标跟踪卡尔曼滤波自适应滤波参数估计相对导航运动学与动力学建模

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基于单元体机构的可重构并联机构设计及分析

基于单元体机构的可重构并联机构设计及分析

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作者：黄冠宇北京交通大学

学位级别：博士

为了满足工业生产中,对于拥有多种性能并联机构的需求,本文提出了利用单元体机构来设计可重构并联机构的新方法。根据所提出的方法,设计出若干种具有可重构特性的并联机构。针对可重构并联机构的轨迹追踪问题,搭建了一个可以实现对末端... 详细信息

为了满足工业生产中,对于拥有多种性能并联机构的需求,本文提出了利用单元体机构来设计可重构并联机构的新方法。根据所提出的方法,设计出若干种具有可重构特性的并联机构。针对可重构并联机构的轨迹追踪问题,搭建了一个可以实现对末端轨迹进行精确追踪的控制系统。提出了单元体思想,将平面四杆机构及其衍生机构视作平面单元体,通过将单元体衍化,构造出一系列平面可重构平台;依靠螺旋理论,将空间单环过约束机构视作空间单元体,将空间单环机构衍化到空间多环机构,从而构造出空间可重构平台。将可重构平台与并联机构相结合,从而设计出一系列可重构并联机构。利用平面初级可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、性能分析,证明了该机构拥有多种性能,并针对该可重构并联机构,提出相应的性能评价指标,对该机构进行了性能优化。利用平面二级可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、动力学和性能分析,证明了该机构拥有多种性能,并针对该可重构并联机构,搭建了其控制系统模型,实现末端轨迹的精确追踪。利用C1型可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、动力学和性能分析,证明了该机构拥有多种性能。针对该可重构并联机构,提出一个动力学性能指标,依靠该指标,对可重构并联机构进行了性能优化。利用F1C2型可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、动力学和性能分析,证明了该机构拥有多种工作性能。为了实现基于任务需求来确定可重构参数,利用BP神经网络构建了性能指标和可重构参数之间的联系,得到了较好的结果。以C1型可重构并联机构为例,针对单条支链采用自适应滑模控制,对于整体机构采用模糊PID控制,实现了对可重构并联机构单条支链的速度和位置追踪,最终实现了对可重构并联机构末端平台的轨迹的精确追踪。

关键词：可重构并联机构单元体机构运动学与动力学建模性能分析与优化机构控制系统

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高速簇绒地毯机针—钩机构设计与分析

高速簇绒地毯机针—钩机构设计与分析

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作者：黄仁昊东华大学

学位级别：硕士

作为主要铺底材料,地毯已经成为日常生活中不可缺少的用品。为了提高产量,不能一味追求扩大生产规模。因此,在有限生产规模下,实现簇绒机高速化成为了必然的趋势。目前,国内簇绒地毯机最高主轴转速一般不超过500～600r/min,而国外簇绒... 详细信息

作为主要铺底材料,地毯已经成为日常生活中不可缺少的用品。为了提高产量,不能一味追求扩大生产规模。因此,在有限生产规模下,实现簇绒机高速化成为了必然的趋势。目前,国内簇绒地毯机最高主轴转速一般不超过500～600r/min,而国外簇绒地毯机最高主轴转速可达1000～2000r/min,相同生产规模下,产能差别明显。国内,高速时簇绒地毯机针-钩机构尤其是针机构的动特性差是制约速度不能提高的最关键问题,即高速后,其针-钩机构会产生过大的速度、加速度、平衡力矩与动不平衡等问题。因此,为了提高针-钩机构运动学性能,减小平衡力矩与动不平衡,增加簇绒地毯机主轴转速,本文对簇绒地毯机针-钩机构的设计、运动学与动力学建模分析以及动平衡优化等方面进行了深入研究,主要研究内容如下:(1)考虑降低针-钩机构动不平衡,满足绒圈高度与针-钩时序配合的要求,设计了全新的针-钩机构。针机构具有对称性的结构,降低了动不平衡。钩机构具有“快进慢出”类似长停的运动特性,保证了高速下织造的质量。(2)为了验证针-钩机构的合理性,进行了针-钩机构的运动学和动力学分析。首先利用机构解析法,建立针-钩机构运动学模型,运用MATLAB对其进行仿真分析,获得了各个时刻的位移、速度和加速度线图。其次利用力平衡法,建立针-钩机构动力学模型,运用MATLAB对其进行仿真分析,获得各个运动副反力、平衡力矩大小等。最后,与传统的针-钩机构运动学和动力学特性作横向对比分析。通过分析比较验证机构设计的合理性。(3)为了进一步优化创新设计的针-钩机构运动学性能,利用ADAMS软件对针滑块的速度和加速度以及钩点的角加速度和急回特性K值进行了优化设计。建立以针滑块速度、加速度为测量目标的多目标优化函数,在满足机构存在、动程要求等约束条件下,对针机构进行了优化设计,获得了针机构最优的铰链点位置与各杆长参数。建立以钩块角加速度以及极位夹角为测量目标的多目标优化函数,在满足机构存在、动程要求、传动角范围等约束条件下,对钩机构进行了优化设计,获得了钩机构最优的铰链点位置与各杆长参数。(4)为了降低新型针-钩机构的平衡力矩,减小其对机构振动带来的影响。在动力学分析的基础上,对针-钩机构进行综合动平衡优化,创建“集中点质量”的优化模型,以降低所有运动副反力为设计目标,以质心和质心点到转动副中心的位置作为设计变量,以保证机构运动学特性不恶化为约束函数,进行动平衡优化。获得针-钩机构的最小平衡力矩。

关键词：高速簇绒机针-钩机构设计运动学与动力学建模机构优化动平衡优化

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复杂形状零部件打磨作业机器人研究

复杂形状零部件打磨作业机器人研究

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作者：郭万金哈尔滨工业大学

学位级别：博士

工业机器人技术附加值高,应用范围广,是高端先进制造装备产业的重要组成部分。高端工业机器人的技术研发、制造和应用是衡量国家科技创新和高端装备制造产业水平的重要标志,是国家科技发展的重大战略需求。在先进制造领域,为了实现高效... 详细信息

工业机器人技术附加值高,应用范围广,是高端先进制造装备产业的重要组成部分。高端工业机器人的技术研发、制造和应用是衡量国家科技创新和高端装备制造产业水平的重要标志,是国家科技发展的重大战略需求。在先进制造领域,为了实现高效灵巧加工作业,通常需要加工制造装备具备五轴加工能力,而合理自由度布局的五自由度作业机器人即可满足工件一次装夹多面加工作业需求。复合式工业机器人因兼具串联机器人和并联机器人各自的优点而得到了专家学者的广泛关注与研究应用。面向作业姿态需要灵活调整的复杂形状零部件打磨作业领域,对于一次装夹开展多面打磨作业工况需求,采用复合式五自由度作业机器人作为加工作业装备将是一个很好的解决方案。本文面向复杂形状零部件打磨作业需求,设计研制一种灵巧作业空间大、作业姿态调整灵巧的复合式五自由度作业机器人,分别对所研制机器人的机构设计及其运动学与动力学建模、灵巧性分析、轨迹规划、打磨作业刀具路径规划、以及机器人实验平台搭建与打磨作业实验等方面开展深入研究。在复合式作业机器人的机构设计及其运动学与动力学建模方面,设计提出一种复合式五自由度作业机器人构型结构。建立机器人的运动学与动力学模型,提出一种具有唯一解形式的逆向运动学闭式解法,为后续开展研究提供机器人模型基础。在复合式作业机器人的灵巧性分析方面,提出一种基于映射空间包络曲面的机器人灵巧性分析方法,分析所设计提出的作业机器人的灵巧作业性能与作业任务可执行能力。分析总结影响机器人灵巧作业性能的结构参数因素以及与之相关的结构参数尺寸设计优化理论依据。求解机器人的可达工作空间与灵活工作空间。在复合式作业机器人的打磨作业任务轨迹规划方面,提出一种非等时长多目标平滑轨迹规划方法,针对打磨作业不同任务需求可以综合调整考虑时间、能耗、加加速度和加速度优化目标,能够规划出更多种类打磨作业任务的平滑控制轨迹形态。提出一种机器人动态承载能力的计算方法,开展机器人动态承载能力计算求解与机器人实验平台测试。在复合式作业机器人实验平台搭建与打磨作业实验研究方面,搭建所研制机器人的机械系统和运动控制系统。开展机器人实验平台的几何参数标定和位置精度及轨迹精度测试。从机器人打磨作业刀具接触位置与分层打磨作业规划以及接触姿态规划方面开展机器人打磨作业刀具路径规划研究。开展汽车轮毂辐板去毛刺打磨作业实验,机器人作业姿态可达性验证实验,以及汽车转向助力器壳体多面棱边打磨作业实验,验证机器人优良的灵巧作业性及打磨能力。

关键词：作业型机器人复合式机构运动学与动力学建模灵巧性分析轨迹规划

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多杆高速机械压力机关键技术研究

多杆高速机械压力机关键技术研究

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作者：李烨健南京理工大学

学位级别：博士

多连杆高速精密机械压力机是现代锻压设备的一类重要分支,其总体技术水平在一定程度上体现了锻压机械行业的先进程度。相比国外,我国对多杆高速精密机械压力机的研制起步较晚,某些关键技术还几乎处于空白。因此,本文针对多杆高速机械压... 详细信息

多连杆高速精密机械压力机是现代锻压设备的一类重要分支,其总体技术水平在一定程度上体现了锻压机械行业的先进程度。相比国外,我国对多杆高速精密机械压力机的研制起步较晚,某些关键技术还几乎处于空白。因此,本文针对多杆高速机械压力机实现高速化所需要的关键技术,从传动机构构型设计、尺度综合、运动学与动力学建模及综合动平衡等方面进行深入研究,主要研究内容如下:在论述现有高速机械压力机传动机构特点及设计要求的基础上,提出了一种多杆式高速机械压力机传动机构构型,并对机构添加了独有的新特性,使其拥有较高的承载能力和较低的曲轴载荷。利用“G-K”公式及虚拟样机技术论证了过约束机构的自由度和可动性。随后,根据运动特性等效原理对过约束机构进行简化,并建立传动机构的运动学模型。在对运动学模型分析的基础上,确定了设计变量以及约束函数。以曲柄最短和冲压转角最大的加权和为目标函数,建立了一种高速机械压力机主传动机构的尺度综合数学模型。利用机械优化设计的方法对多杆传动机构的尺度参数进行了优化设计,并与曲柄高速压力机传动机构进行了定量的对比。利用Matlab对传动机构的运动学特性进行了仿真研究。在对运动学分析的基础上,利用达朗贝尔原理,给出了机构的力/力矩平衡方程,但方程不可解。针对机构中存在的过约束问题,对机构进行了拆分,基于构件的变形协调性分析,给出了补充方程,提出了一种建立可求解的过约束机构动力学模型的一般方法。随后,将该方法应用于本文高速机械压力机多杆传动机构的动力学建模。在冲压工况下,分析了运动副约束反力及驱动力矩,并完成了传动机构中各构件的结构参数设计。讨论了机身振动的主要来源,以及现有完全平衡理论的局限性和综合平衡理论存在的不足。在动力学分析的基础上,利用“集中点质量”表示各运动构件的惯性特性,同时以其位置参数作为设计变量,以机构与机身连接的运动副约束反力为对象,去除其不影响机身振动的常数分量,并经过标准化处理,以其RMS值的加权和为目标函数,同时运用构件添加法、调整质量分布法和配重法,建立了多杆高速机械压力机传动机构综合动平衡优化设计的数学模型,给出了约束条件及加权系数的确定方法,并解决了各项动力学性能指标量纲不一致的问题。通过与常规动平衡优化结果的对比,验证了该综合动平衡优化方法的可行性。在对机构运动学、动力学及综合动平衡理论计算与分析的基础上,结合工程实际要求,完成了高速机械压力机各构件的结构设计,建立了压力机虚拟样机模型,并完成了仿真研究。基于上述研究,完成了压力机的加工、装配与调试,试制了一台闭式多杆高速机械压力机。随后,建立了相关的测试方案,并对该压力机的动态性能(构件受力性能、机身参考点振动、加减速特性、下死点动态精度及曲轴支撑运动副温度等)进行了测试,测试结果表明该压力机达到了设计目标,通过对比验证了前文相关理论模型的正确性和有效性。

关键词：多连杆高速机械压力机过约束传动机构尺度综合运动学与动力学建模综合动平衡

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