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一种混联机器人的运动学及轨迹规划研究

一种混联机器人的运动学及轨迹规划研究

作者：雷俊松昆明理工大学

学位级别：硕士

与串联机构相比,经过合理设计的并联机构,一般具有刚度大、精度高等优点,但由于其闭环结构的特点,会导致工作空间相对较小、末端执行器因姿态角不足而影响加工性能等问题。如今,由少自由度并联机构与其它运动方向串联机构组合所构成的... 详细信息

与串联机构相比,经过合理设计的并联机构,一般具有刚度大、精度高等优点,但由于其闭环结构的特点,会导致工作空间相对较小、末端执行器因姿态角不足而影响加工性能等问题。如今,由少自由度并联机构与其它运动方向串联机构组合所构成的并串联机构成为研究的热点。本文针对一种基于Delta工业机器人的五自由度混联机器人进行研究,此机器人在很大程度上既突破了纯并联机构在工作空间方面的限制,又弥补了纯串联机构在刚度方面的不足。首先,采用螺旋理论分析了混联机器人并联部分的运动性质,并使用K-G修正公式确定了混联机器人的运动自由度;使用D-H法建立了混联机器人的数学模型并推导了混联机器人的逆运动方程;采用空间几何解析法对混联机器人进行了分析,推导了正运动学的解析解;使用MATLAB软件对混联机器人的运动学正反解算法进行了仿真与验证,证明了运动学正反解算法有效可行并可满足工程应用。其次,基于混联机器人并联部分的逆运动学算法,提出采用图解法分析混联机器人并联部分的工作空间,并将结果与蒙特卡洛法生成的工作空间进行对比,验证了图解法分析的正确性;采用图解法分析了串联部分的工作空间以及整个混联机器人的工作空间。再次,简要介绍了机器人轨迹规划概念及相关理论;在关节空间中重点比较了三次多项式和五次多项式插值算法,运用MATLAB软件计算运动学反解,并绘制模拟各关节的位置、速度和加速度等曲线;在笛卡尔坐标空间中采用直线及圆弧插补方法对混联机器人进行轨迹规划。最后,在ADAMS/View中验证了添加运动副后的混联机器人自由度数目为五;使用STEP5函数作为驱动函数对混联机器人进行了仿真试验,绘制了混联机器人各关节以及末端点的运动学变化曲线;结果显示,各曲线在中间路径点处平滑无突变,验证了所推导的运动学算法的正确性,也验证了五次多项式插值算法能保证混联机器人仿真过程运行平稳,这将有助于减少对电机的损害,从而延长混联机器人使用寿命,并且为轨迹规划控制的进一步研究提供了理论基础。

关键词：混联机器人运动学分析工作空间分析轨迹规划 ADAMS仿真

燃机并入冲击载荷下推进轴系动态响应特性研究

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推进技术 2020年第11期41卷 2509-2517页

作者：陈昊周瑞平雷俊松黄国兵武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063

为评估联合动力装置中燃机并入冲击载荷作用下推进轴系的动态响应情况,从同步自动切换(SSS)离合器的啮合过程出发,建立其动力学仿真模型并进行仿真计算,发现燃机并入过程中伴随产生扭矩冲击,对轴系安全性造成影响。将不同工况下的燃机... 详细信息

为评估联合动力装置中燃机并入冲击载荷作用下推进轴系的动态响应情况,从同步自动切换(SSS)离合器的啮合过程出发,建立其动力学仿真模型并进行仿真计算,发现燃机并入过程中伴随产生扭矩冲击,对轴系安全性造成影响。将不同工况下的燃机并入冲击扭矩作为激励源,对推进轴系进行瞬态响应计算,得到了螺旋桨轴与动力涡轮轴应力响应,其中螺旋桨轴最大应力为32.77MPa,动力涡轮轴最大应力为78.17MPa。结果表明:燃机并入过程中,油腔阻尼特性和燃机加载特性对冲击载荷及轴系响应有显著影响。为确保轴系运行的安全性,应适当选取油腔阻尼参数并尽可能在低工况下进行燃机并入操作。

关键词：推进轴系燃机并入 SSS离合器冲击载荷瞬态响应

燃气轮机快速并车过程冲击及响应特性试验研究

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推进技术 2022年第10期43卷 469-476页

作者：陈昊周瑞平雷俊松黄国兵李兴河武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063

为研究燃气轮机快速并车过程中的冲击及响应特性,搭建并车试验台架,采用试验方法对并车参数和轴系部位对轴系动态响应幅值的影响开展研究。试验发现:快速并车过程中SSS离合器(同步自动换挡离合器)啮合瞬间会产生扭矩冲击,轴系因此产生... 详细信息

为研究燃气轮机快速并车过程中的冲击及响应特性,搭建并车试验台架,采用试验方法对并车参数和轴系部位对轴系动态响应幅值的影响开展研究。试验发现:快速并车过程中SSS离合器(同步自动换挡离合器)啮合瞬间会产生扭矩冲击,轴系因此产生明显的扭矩响应,并且相同的并车参数下扭矩响应的幅值会在一定范围内波动;降低并入机的设定扭矩或延长加载时间均可明显降低扭矩冲击和响应幅值;扭矩冲击对轴系不同部位产生的响应也不同,越靠近SSS离合器的位置,扭矩响应越大,且经过减速齿轮后响应明显降低。结果表明:所搭建的试验台架能够反映燃气轮机快速并车过程中的冲击及响应特性,可为燃燃联合动力装置并车策略和安全性设计提供参考。

关键词：推进轴系燃气轮机快速并车扭矩冲击动态响应试验研究

燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究

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中国舰船研究 2022年第2期17卷 198-205页

作者：陈昊周瑞平樊红雷俊松周少伟武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

[目的]为了获取燃燃联合动力(COGAG)装置在快速并车解列过程中的冲击载荷及轴系动态响应,提出一种理论计算方法。[方法]根据同步自动换挡(SSS)离合器啮合过程中各部件的力学关系,建立离合器的动力学分析模型,并开展燃燃联合动力装置并... 详细信息

[目的]为了获取燃燃联合动力(COGAG)装置在快速并车解列过程中的冲击载荷及轴系动态响应,提出一种理论计算方法。[方法]根据同步自动换挡(SSS)离合器啮合过程中各部件的力学关系,建立离合器的动力学分析模型,并开展燃燃联合动力装置并车过程的动力学仿真和台架实验。[结果]仿真结果表明:在阻尼油腔作用的时刻,离合器螺旋花键上产生了明显的扭矩冲击,同时使离合器两端轴系产生了很强的扭矩动态响应;离合器棘轮棘爪位置的随机性将导致扭矩冲击峰值和轴系动态响应在一定范围内波动。台架实验验证了并车冲击载荷计算方法的正确性,其最大和最小扭矩的响应幅值与理论计算偏差分别为3.56%和8.86%。[结论]对于燃机快速并车过程中的扭矩冲击影响,研究成果可为燃燃联合动力装置的运行安全性评估提供参考。

关键词：燃燃联合动力装置快速并车同步自换档离合器冲击载荷

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基于弯矩影响系数的轴系安装状态评估逆计算方法

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中国舰船研究 2019年第2期14卷 137-143页

作者：陈昊周瑞平雷俊松张建军武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063 中国船级社上海规范研究所上海200135

[目的]为了在船舶推进轴系安装完成后对其实际的安装状态进行检验,[方法]提出基于弯矩影响系数的轴系状态逆计算方法。推出轴系任意截面弯矩与轴承变位的线性关系,通过实测弯矩直接推算轴承变位与实际负荷,反演轴系的状态参数。研究弯... 详细信息

[目的]为了在船舶推进轴系安装完成后对其实际的安装状态进行检验,[方法]提出基于弯矩影响系数的轴系状态逆计算方法。推出轴系任意截面弯矩与轴承变位的线性关系,通过实测弯矩直接推算轴承变位与实际负荷,反演轴系的状态参数。研究弯矩影响系数的特性,建立与应变测试相适应的轴系状态分析模型,给出多种轴系类型的应变测点布置原则,提出以降低误差敏感度为目标的应变测点优化方法。对38 500 DWT散货船推进轴系进行实测,通过所提出的方法推算轴系的实际安装状态。[结果]结果显示,推算的轴承负荷与现场顶举负荷完全一致,最大相对误差为3.14%。[结论]实验验证了该方法的正确性和适用性,可为轴系安装状态的评估提供一种新的方法。

关键词：轴系安装状态逆计算方法弯矩影响系数测点布置优化

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舰艇电力推进轴系多学科优化设计研究

中国造船 2019年第2期60卷 150-163页

作者：刘金林赖国军尹红升曾凡明周瑞平雷俊松海军工程大学动力工程学院武汉430033 武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063

以电力推进轴系为对象,进行直线校中计算,得到各轴承负荷影响系数.基于CFD数值算法,计算考虑螺旋桨水动力的轴系校中特性,并对轴系校中特性进行优化.基于直线校中和合理校中两种状态,研究轴系不同校中状态对振动特性的影响.在此基础上,... 详细信息

以电力推进轴系为对象,进行直线校中计算,得到各轴承负荷影响系数.基于CFD数值算法,计算考虑螺旋桨水动力的轴系校中特性,并对轴系校中特性进行优化.基于直线校中和合理校中两种状态,研究轴系不同校中状态对振动特性的影响.在此基础上,以后尾轴承垂向变位为变量,研究建立轴系校中特性及振动特性的多学科优化设计模型,为轴系设计质量的提高提供参考.

关键词：舰艇电力推进轴系轴系校中轴系振动多学科优化设计

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基于有限元法的推进轴系回旋振动计算研究

船舶工程 2016年第11期38卷 52-57页

作者：王正兴周瑞平林晞晨雷俊松武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉430063 武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063

对于舰船或大型船舶轴系,由于其转速高、轴系超长等特点,进行轴系回旋振动计算时,采用传统的传递矩阵法求解往往容易出现数值不稳定和漏根现象,严重影响轴系固有特性计算的准确性,与轴系的实际运转情况不符。采用基于有限元法的计算模型... 详细信息

对于舰船或大型船舶轴系,由于其转速高、轴系超长等特点,进行轴系回旋振动计算时,采用传统的传递矩阵法求解往往容易出现数值不稳定和漏根现象,严重影响轴系固有特性计算的准确性,与轴系的实际运转情况不符。采用基于有限元法的计算模型,能较真实地反映物理模型,且计算精度高。分析考虑多种因素对回旋振动的影响,利用可视化编程软件VB与ANSYS参数化设计语言混合编程,实现回旋振动软件开发并通过实例验证了算法及软件的正确性。软件界面友好、使用方便、计算效率高,能满足舰船轴系回旋振动计算的需要。

关键词：轴系回旋振动有限元法影响因素 VB 软件开发

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内河船舶吃水及装载实时监控系统设计

中国水运（下半月） 2016年第6期16卷 75-77,106页

作者：管利广祁亮雷俊松重庆海事局重庆400011 卡特彼勒船用推进器有限公司上海200050 武汉理工大学湖北武汉430063

本文基于使用水压传感器和陀螺仪对船舶吃水和装载进行监测的方法,根据实船调研结果提出传感器选择原则及测点选择和安装方案,进行监测系统的详细设计和开发。提出针对传感器和陀螺仪选型和安装建议,编制功能完善、界面友好的监测软件系... 详细信息

本文基于使用水压传感器和陀螺仪对船舶吃水和装载进行监测的方法,根据实船调研结果提出传感器选择原则及测点选择和安装方案,进行监测系统的详细设计和开发。提出针对传感器和陀螺仪选型和安装建议,编制功能完善、界面友好的监测软件系统,通过消除波浪等因素影响提高监测精度,设计有效的双模式数据存储方案等。该系统具有结构简单、安装方便、可靠性好、监测精度高等特点,对内河船舶的航行安全以及监管具有重要意义。

关键词：内河船舶吃水装载实时监测系统设计

螺旋桨激励下船舶推进轴系振动试验及数值分析

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舰船科学技术 2023年第2期45卷 41-46页

作者：国玉阔周瑞平林存明雷俊松武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063

针对船舶航行过程中,螺旋桨激振力产生船舶尾部的扰动源,对尾轴承的振动磨损影响较大,开展激励力下尾轴承振动试验不可或缺。采用有限元方向建立船桨舵一体化模型,仿真计算自航过程中螺旋桨水动力特性,建立螺旋桨水动力特殊相似关系及... 详细信息

针对船舶航行过程中,螺旋桨激振力产生船舶尾部的扰动源,对尾轴承的振动磨损影响较大,开展激励力下尾轴承振动试验不可或缺。采用有限元方向建立船桨舵一体化模型,仿真计算自航过程中螺旋桨水动力特性,建立螺旋桨水动力特殊相似关系及换算方式,进行模拟螺旋桨水动力作用下尾轴承位置振动试验。结果表明,在尾轴承处,相同激振力作用下,随着推进轴系转速的增加,各方向加速度及位移的振动响应变大;施加任意不同激励力,各方向振动加速度级和振动位移都会变大。同一转速下,随着施加载荷的增加,尾轴承处的振动加速度级及振动位移逐渐增加。本文研究得到的螺旋桨水动力对尾轴承影响的一般规律,为推进轴系减振降噪提供一定理论支持。

关键词：螺旋桨水动力试验载荷振动加速度级位移动力学特性