柔索驱动并联机器人是一种特殊类型的并联机器人,其末端执行器由柔索替代刚性杆进行驱动。研究了一种索杆夹角可变的3自由度欠约束并联机器人,采用矢量闭环原理建立该机器人的逆运动学模型;根据拉格朗日方程,建立了该机器人的动力学模型。基于模型补偿的机器人PD控制理论,设计了该机器人的PD控制器;给定机器人末端执行器的运动轨迹,使末端执行器的位姿变化通过机器人的逆运动学转化为柔索长度的变化,以柔索长度作为控制系统的输入。实验结果验证了该机器人的逆运动学和动力学模型的正确性及控制方法的有效性。

处理多体系统动力学问题的传统方法是拉格朗日方法,但是在求解过程中会引入拉格朗日乘子,增加了求解显式动力学方程的难度。针对四足机器人动力学建模复杂的问题,基于Udwadia-Kalaba(UK)理论研究了四足机器人的单腿模型,建立了一种求解其显式动力学方程的新方法。为了简化获得方程的过程,使用UK方程来处理运动约束。考虑到真实环境的不确定性,利用滑模控制原理设计了一个非线性控制器来跟踪运动轨迹。数值模拟结果证明了动力学方程与控制器的正确性和有效性。

为了研究等相对曲率齿轮的动力学特性,通过实时调用啮合点几何参数,建立了考虑法向啮合力方向、滑动摩擦因数及啮合刚度等时变效应的齿轮系统的平移-扭转耦合动力学模型,采用龙格-库塔法求解了动力学方程;通过与有限元仿真相关结果比较,验证了模型的正确性。对比分析等相对曲率齿轮与渐开线齿轮的动力学特性,结果表明,两者的动态传递误差、平均机械效率接近;等相对曲率齿轮的滑动摩擦力、滑动摩擦因数较小。建立的动力学模型能够反映等相对曲率齿轮的动力学特性,建模方法对其他非渐开线圆柱齿轮传动同样适用。

可靠的动力学仿真模型是振动改善的重要手段。以5.2 MW风电齿轮箱台架传动链动力学模型为例,以行业内的经验建模方法为基础,对动力学建模、响应评估与标定做了阐述。基于灵敏度优化方法对齿轮啮合动力学模型进行修正。最终修正后动力学模型的振动响应准确度较好,表明本文中的经验建模方法结合灵敏度优化方法,可建立比较可靠的动力学模型,是一种有效方法。

针对涡扇发动机(Geared turbofan engine,GTF)星型齿轮传动系统,建立了齿轮-转子-轴承耦合动力学模型。该动力学模型考虑了星型齿轮的旋转运动、轴承时变支撑刚度、齿轮啮合刚度以及多齿啮合和综合误差之间的关系,研究了输入轴和输出轴上轴承位置对星型齿轮传动系统各部件浮动量以及负载分配特性的影响。结果表明,输入轴和输出轴上轴承的布置方式对太阳轮和齿圈的浮动量影响较大,对星型齿轮的浮动量几乎无影响;输入轴上轴承位置的变化对啮合负载分配均匀性基本无影响,而输出轴上轴承位置影响负载分配均匀性。

为了提高车辆在起步过程中的平稳性,并延长离合器的使用寿命,首先,根据离合器的主动盘和从动盘的运动状态,建立了接合过程的动力学模型;然后,通过引入NSGA-Ⅱ算法来解决多目标优化问题,并采取了正态分布交叉和自适应变异算子对其进行改进,保持了种群的多样性,能有效防止陷入局部最优;最后,将离合器的接合时长和接合速度作为设计变量,并将冲击程度和滑动摩擦功为优化目标函数进行了仿真实验。结果表明,改进的NSGA-Ⅱ算法具有更优的Pareto前沿和更快的收敛速度,且分布更加均匀,明显优于其他两种比较算法;在相同接合时长的条件下,能够通过平稳控制离合器的接合速度获得更小的冲击程度和滑动摩擦,为设计离合器接合控制策略提供了技术支撑。

为了对RV减速器系统进行共振响应分析,首先要确定RV减速器系统的固有频率。以RV-320E减速器为研究对象,考虑曲柄轴和摆线轮公转运动的切向自由度,采用集中质量法,建立了16自由度的RV减速器动力学模型。通过牛顿第二定律、定轴转动微分方程,建立了系统动力学微分方程,计算出系统的固有频率。分析了零件材料属性对1阶固有频率的影响,画出了影响曲线图。

提出一种新型2-GRR(FR)/GRR并联驱动双向偏转平台。动平台通过在空间中呈正十字交错且同心的两个分支结构与底座相连接,该平台可以在X、Y两个方向上实现大角度偏转。以平台中一条支链为研究对象,采用D-H法建立了各构件的局部坐标系,对其做了运动学逆解分析,并采用双变量反正切函数的方法得出了其解析方程;然后,根据达朗贝尔原理建立了各构件的力与力矩平衡方程;最后,采用New-Euler法推导出了平台的动力学模型,并运用所建立的动力学模型对并联驱动双向偏转平台进行了实例计算,得出了其在给定外力及外力矩条件下实现规定运动时所需要的驱动力矩曲线图。

液压机械臂是智能化工业制造中不可或缺的重要机械装置,针对在复杂多变的工业应用情景下液压机械臂故障诊断效率下降的问题,在UG交互式建模系统中构建了液压机械臂的实体造型,明确相关性能参数,与此同时,构建了液压机械臂的运动学模型,设计了液压机械臂运动状态观测器,利用分段阈值故障诊断算法对不同工作状态下进行故障检测,最后,在构建的液压机械臂实验平台中验证故障诊断方法的有效性,实验结果表明,采用UG建模辅助方法和分段阈值故障诊断方法能够提升液压机械臂的故障诊断效率和精确度。

针对飞机起落架的动态载荷导致液压收放系统发生功能失效的问题,在飞机起落架液压收放系统结构和动力学模型的基础上,采用基于模型和故障响应动态观测器的方法对飞机起落架液压收放系统进行故障诊断,并在飞机起落架液压收放系统故障管理实验台架上进行故障模拟,试验结果验证了故障诊断方法的准确性以及故障响应的鲁棒性。