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新型6-U(P/H)U机构的分支螺旋转角

机械工程学报 2023年第11期59卷 213-220页

作者：卢文娟孙金斯范朝辉侯雨雷刘亚曾达幸东莞理工学院机械工程学院东莞523808 燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

Stewart机构具有广泛的应用,针对传统Stewart机构在工程应用中造价偏高的问题,提出一种6-U(P/H)U机构对Stewart机构进行代替。根据螺旋电动缸的运动副为螺旋副或移动副,并基于UPU分支和Stewart机构的布置方式,确定6-U(P/H)U机构的构型... 详细信息

Stewart机构具有广泛的应用,针对传统Stewart机构在工程应用中造价偏高的问题,提出一种6-U(P/H)U机构对Stewart机构进行代替。根据螺旋电动缸的运动副为螺旋副或移动副,并基于UPU分支和Stewart机构的布置方式,确定6-U(P/H)U机构的构型。螺旋角的求解是位移误差以进行补偿的基础,提出基于理论计算、模拟仿真以及传感器进行螺旋角求解的方式。首先采用螺旋理论分别求解6-U(P/H)U机构和6-UPU机构的自由度,确定6-U(P/H)U机构不存在分支螺旋转角的位姿。然后对6-U(P/H)U机构的分支螺旋转角进行求解,并推导出包含分支螺旋转角误差的反解,以计算出考虑了位移误差后螺旋电动缸的实际伸长量。使用ADAMS对6-U(P/H)U机构的三维模型进行运动仿真,验证螺旋转角计算方法的正确性。利用机构的正解进行验证,确定分支螺旋转角对该机构的精度影响较小。最后搭建6-U(P/H)U机构的样机实物,验证机构的可行性。相较于传统的Stewart机构,6-U(P/H)U机构中电动缸结构的复杂程度相对较低,同时分支的转动副关节数目更少,使得6-U(P/H)U机构的制造成本更低。因此,在一些应用精度不高的场合,6-U(P/H)U机构是传统Stewart机构较为理想的替代机构。

关键词： 6-U(P/H)U机构螺旋转角计算 Stewart机构电动缸驱动

可适径调整管道清淤机器人结构设计与运动分析

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工程设计学报 2023年第3期30卷 353-361页

作者：李岳邓云蛟敖然侯雨雷曾达幸燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 东莞理工学院机械工程学院广东东莞523808

为了实现布局复杂的城市地下管道的清淤,提出了一种基于并联机构的履带式管道清淤机器人。采用折展调姿行走装置以减小机器人体积,采用基于3-US并联机构的工作装置以增大机器人的工作空间;编写了机器人工作空间算法,通过MATLAB软件仿真... 详细信息

为了实现布局复杂的城市地下管道的清淤,提出了一种基于并联机构的履带式管道清淤机器人。采用折展调姿行走装置以减小机器人体积,采用基于3-US并联机构的工作装置以增大机器人的工作空间;编写了机器人工作空间算法,通过MATLAB软件仿真得到了行走装置和工作装置的工作范围及运动轨迹;采用ADAMS软件模拟了机器人运动状态,并对其驱动特性参数进行分析,得到了行走装置在不同运动状态下驱动力和驱动力矩的变化规律,以及工作装置在不同方向极限位置转换时的驱动力矩。仿真研究表明了行走装置折展调姿的稳定性及工作装置在各个清淤极限位置间转换的灵活性。研究结果对可适径调整管道清淤机器人的研制与应用具有指导意义。

关键词：管道机器人可适径调整工作空间并联机构

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一种直缝焊管内毛刺清除装置设计与分析

机械强度 2022年第4期44卷 867-874页

作者：侯雨雷董宇李林杰周玉林燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

直缝焊管应用领域日渐扩展,而对其质量要求愈发提高。内毛刺清除装置作为提高直缝焊管内表面质量的关键设备也逐渐受到生产企业的重视。以恒底面成型的高频直缝焊管为研究对象,基于悬臂式刀杆提出内毛刺清除装置以改善焊管内毛刺刮削质... 详细信息

直缝焊管应用领域日渐扩展,而对其质量要求愈发提高。内毛刺清除装置作为提高直缝焊管内表面质量的关键设备也逐渐受到生产企业的重视。以恒底面成型的高频直缝焊管为研究对象,基于悬臂式刀杆提出内毛刺清除装置以改善焊管内毛刺刮削质量。根据内毛刺清除装置的工作原理和功能要求,对内毛刺清除装置进行结构设计并建立三维模型;根据实际生产状况,借助Ansys建立内毛刺清除装置在不同极限工况下的有限元模型并进行仿真分析,以确保结构设计的合理性。集升降、旋转、抬刀和其他辅助运动于一体的内毛刺清除装置还具有在线打断内毛刺的功能,避免脱落的内毛刺堵塞焊管,丰富了内毛刺清除装置的功能并为产品研制奠定了基础。

关键词：高频直缝焊管内毛刺清除装置结构设计仿真分析

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3RSR型并联式天线样机研制与控制实验

机械设计与制造 2023年第3期385卷 146-150,155页

作者：窦玉超郑东豪曾达幸侯雨雷中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

针对传统方位-俯仰型天线存在“盲锥区”的问题,基于3-RSR并联机构开展并联式天线的结构设计,进行动力学仿真分析以确定电机所需驱动力矩,并研制出天线样机。以PC为上位机、STM32控制器为下位机搭建天线样机的运动控制硬件系统,并为其... 详细信息

针对传统方位-俯仰型天线存在“盲锥区”的问题,基于3-RSR并联机构开展并联式天线的结构设计,进行动力学仿真分析以确定电机所需驱动力矩,并研制出天线样机。以PC为上位机、STM32控制器为下位机搭建天线样机的运动控制硬件系统,并为其开发相应控制软件。最后,针对所研制的天线样机开展运动性能与指向测试,以验证结构设计与分析的正确性以及控制系统的有效性。该研究工作有益于少自由度并联机构在天线领域的应用以及并联式天线的产品化。

关键词：天线并联机构控制系统运动实验

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基于视觉定位的高铁自动上水装置设计与分析

中国工程机械学报 2023年第2期21卷 150-155页

作者：李岳邓云蛟郑雪山侯雨雷曾达幸燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 东莞理工学院机械工程学院广东东莞523808

针对传统人工上水逐渐难以适应高铁飞速发展的问题,提出一套基于视觉定位的高铁自动上水装置方案。首先,以更丰富的卷积特征(RCF)边缘检测算子为核心搭建高铁注水口外盖板视觉识别系统,依据功能需求划分各功能模块并进行相应结构设计;其... 详细信息

针对传统人工上水逐渐难以适应高铁飞速发展的问题,提出一套基于视觉定位的高铁自动上水装置方案。首先,以更丰富的卷积特征(RCF)边缘检测算子为核心搭建高铁注水口外盖板视觉识别系统,依据功能需求划分各功能模块并进行相应结构设计;其次,基于ANSYS对关键部件开闭盖板机构进行静力学分析,探寻其最大应力与变形位置;最后,利用ADAMS对开闭盖板执行机构进行运动分析与振动响应分析,获得其动态特性参数。结果表明:所提出的方案具有良好的力学性能与动态特性,为提高上水效率进而实现高铁上水自动化提供了新思路。

关键词：高铁上水机器视觉结构设计仿真分析

考虑球副间隙及磨损的3RSR并联机构动力学建模与特性分析

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Journal of Central South University 2021年第3期28卷 712-727页

作者：侯雨雷邓云蛟曾达幸 School of Mechanical Engineering Yanshan UniversityQinhuangdao 066004China School of Mechanical Engineering Dongguan University of TechnologyDongguan 523015China

运动副难以避免地存在间隙,间隙的存在将引起碰撞与磨损,而运动副间隙和磨损会影响机构动力学特性。考虑3RSR(R为转动副,S为球副)并联机构中球副间隙,基于改进的Flores接触力模型和修正的Coulomb摩擦力模型,利用牛顿-欧拉法建立机构的... 详细信息

运动副难以避免地存在间隙,间隙的存在将引起碰撞与磨损,而运动副间隙和磨损会影响机构动力学特性。考虑3RSR(R为转动副,S为球副)并联机构中球副间隙,基于改进的Flores接触力模型和修正的Coulomb摩擦力模型,利用牛顿-欧拉法建立机构的动力学模型,引入标准四元数搭建约束方程,并采用四阶Runge-Kutta法进行求解,将仿真与数值求解结果进行分析对比。基于Archard磨损模型,求解磨损球窝的几何参数,利用其对磨损的表面进行几何重构,并将几何重构参数代入动力学模型,分析考虑磨损特性的含球副间隙3RSR并联机构的动力学响应。仿真结果表明,在冲击力和摩擦力存在的情况下,球副出现不规则磨损,长期磨损会增加接触力的波动,从而降低机构的运动稳定性。

关键词：并联机构动力学球副间隙磨损牛顿-欧拉法

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基于主成分分析方法的并联机构参数优化

中国机械工程 2017年第24期28卷 2899-2905页

作者：曾达幸王娟娟樊明洲岳晓博侯雨雷燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

以DELTA并联机构为研究对象,求解该机构的全域条件数、全域各向同性系数、全域最小奇异值指标数据,建立多维全域性能指标数据。基于主成分分析(PCA)法,对上述多维全域性能指标数据进行降维、有效融合,去除指标间的冗余信息,减小目标函... 详细信息

以DELTA并联机构为研究对象,求解该机构的全域条件数、全域各向同性系数、全域最小奇异值指标数据,建立多维全域性能指标数据。基于主成分分析(PCA)法,对上述多维全域性能指标数据进行降维、有效融合,去除指标间的冗余信息,减小目标函数对权重系数的人为依赖性,从而确定目标函数。通过对不同结构参数样本进行PCA分析,选出基于综合全域性能最优的结构尺寸。将PCA优化结果与各性能指标值分布图进行比较分析,最优和最差样本均与各性能指标分布图的最优和最差性能区域相对应,从而验证PCA方法在并联机构参数优化时的有效性。研究结果为多目标下并联机构的优化提供了一种新思路。

关键词：参数优化并联机构主成分分析全域性能指标

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新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

哈尔滨工业大学学报 2014年第9期46卷 80-85页

作者：侯雨雷张占叶胡鑫喆曾达幸燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构.运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用... 详细信息

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构.运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响.提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义.

关键词：并联机构转动解耦约束螺旋奇异雅可比矩阵

基于旋量的风载作用3-RSR并联天线机构动力学建模

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振动与冲击 2020年第19期39卷 174-181页

作者：侯雨雷张国兴侯荣伟曾达幸燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

天线座架动力学问题关系到天线跟踪精度,同时外界风载对天线的影响不应忽视。以3-RSR(R为转动副,S为球面副)并联机构作为天线座架,分析少自由度并联天线机构动力学问题。首先描述并联机构起始位姿状态,通过指数积公式得到并联机构各杆... 详细信息

天线座架动力学问题关系到天线跟踪精度,同时外界风载对天线的影响不应忽视。以3-RSR(R为转动副,S为球面副)并联机构作为天线座架,分析少自由度并联天线机构动力学问题。首先描述并联机构起始位姿状态,通过指数积公式得到并联机构各杆件的位姿矩阵;然后通过运动副关节之间的约束关系,给出并联机构的约束矩阵,得到其雅克比矩阵和各杆件的速度旋量,通过推导约束矩阵的微分形式,获得并联机构各杆件的加速度旋量;其次根据各杆件力的平衡关系,推导并联天线机构的逆动力学模型。考虑风载荷作用提出并联天线机构动力学计算流程,分别运用MATLAB和ADAMS软件在俯仰和方位运动状态下对并联天线机构动力学模型进行仿真,对动力学模型进行求解与验证。研究工作对并联天线机构动力学性能提升及控制实现具有一定指导意义。

关键词：并联机构天线动力学风载荷旋量