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机械课程中机构自由度计算的虚约束问题教学探讨

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中国教育技术装备 2022年第10期 113-116页

作者：刘善增中国矿业大学机电工程学院 221116

机构自由度的分析是机械系统运动学和动力学研究的基础,也是机械工程专业及相关专业机械课程的重要学习内容。在机构自由度的分析中,由于虚约束存在的多样性、复杂性、隐蔽性,部分教师和大多数学生难以真正掌握虚约束的本质特性,经常出... 详细信息

机构自由度的分析是机械系统运动学和动力学研究的基础,也是机械工程专业及相关专业机械课程的重要学习内容。在机构自由度的分析中,由于虚约束存在的多样性、复杂性、隐蔽性,部分教师和大多数学生难以真正掌握虚约束的本质特性,经常出现机构自由度计算错误的现象,严重制约了教学质量的提高和学生对机构特性的理解。因此,针对机构自由度计算时的虚约束问题开展教学方法的研究探讨,具有重要的现实意义。

关键词：机械课程机构自由度虚约束

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平面2自由度并联机器人的动力学设计

机械科学与技术 2008年第2期27卷 230-233,240页

作者：刘善增北京工业大学机电学院北京100022

通过对平面二自由度并联机器人动力学的研究和系统存在耦合原因的分析,得出了机构设计的五点措施。采用这些措施对提高平面二自由度并联机构系统的动态特性、易控性,以及增强系统运行的稳定性和精度等都具有重要的作用。最后,通过两个... 详细信息

通过对平面二自由度并联机器人动力学的研究和系统存在耦合原因的分析,得出了机构设计的五点措施。采用这些措施对提高平面二自由度并联机构系统的动态特性、易控性,以及增强系统运行的稳定性和精度等都具有重要的作用。最后,通过两个算例验证了这些措施的可行性和效果,经过参数调整后的系统大大降低了驱动力矩和能耗。

关键词：并联机器人机构设计动力学分析

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柔性并联机器人的动力规划

机械传动 2013年第12期37卷 27-30页

作者：丁明刘善增徐州工程学院江苏徐州221008 中国矿业大学机电学院江苏徐州221116

讨论了柔性并联机器人的动力学规划问题。首先,对柔性并联机器人的运动学进行了分析。其次,提出了以驱动力矩最小为规划目标的数学模型。最后,进行了柔性并联机构动力规划的算例分析。结果显示,进行柔性并联机器人的动力规划,可以显著... 详细信息

讨论了柔性并联机器人的动力学规划问题。首先,对柔性并联机器人的运动学进行了分析。其次,提出了以驱动力矩最小为规划目标的数学模型。最后,进行了柔性并联机构动力规划的算例分析。结果显示,进行柔性并联机器人的动力规划,可以显著减少系统的驱动力矩波动和大小。可为柔性并联机构的动力学特性分析、控制和实际工程应用等提供必要信息。

关键词：柔性并联机器人驱动力矩动力规划

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3-RS并联机器人的动力学分析

中国机械工程 2008年第15期19卷 1778-1781页

作者：刘善增余跃庆刘庆波佀国宁王雯静北京工业大学北京100124

基于Lagrange方程导出了3-RS并联机器人的动力学模型,分析了该并联机器人的动力学特性。通过实例讨论了3-RS并联机器人的等效转动惯量、驱动力/力矩和能耗的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的等效转动惯量... 详细信息

基于Lagrange方程导出了3-RS并联机器人的动力学模型,分析了该并联机器人的动力学特性。通过实例讨论了3-RS并联机器人的等效转动惯量、驱动力/力矩和能耗的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的等效转动惯量和驱动力/力矩的影响很大。

关键词：并联机器人动力学分析 Lagrange方程驱动力/力矩

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海上柔性并联平台空间动力学建模与分析

兵工学报 2017年第3期38卷 512-519页

作者：谢克峰张合刘善增李豪杰南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

针对某海上螺旋副-虎克铰-球铰(HUS)柔性并联平台由快速稳定和大负载引起的支撑连杆弹性变形和负载瞄准位置偏差问题,进行了空间弹性动力学建模。采用模态函数和空间等截面梁单元模型对弹性连杆进行空间建模,基于虎克铰和球铰连接的连... 详细信息

针对某海上螺旋副-虎克铰-球铰(HUS)柔性并联平台由快速稳定和大负载引起的支撑连杆弹性变形和负载瞄准位置偏差问题,进行了空间弹性动力学建模。采用模态函数和空间等截面梁单元模型对弹性连杆进行空间建模,基于虎克铰和球铰连接的连杆为两自由度空间运动,推导了空间单元坐标与系统坐标的两自由度转换矩阵,利用平台的运动学和动力学约束条件建立了HUS柔性并联平台的空间弹性动力学方程;运用Newmark方法对弹性动力学方程进行离散求解,分析了平台的弹性动力学响应和支撑连杆的最大动应力,并进行了动力学测试实验;进一步分析了弹性变形对负载瞄准精度的影响。研究结果表明:由弹性变形引起的支撑点最大位移为2.45 mm,且x轴明显大于y轴和z轴;由弹性角位移引起最大位置偏差为1.35 m.实验结果与仿真结果一致,验证了数值建模的有效性。

关键词：机械学柔性并联机构空间动力学建模弹性变形弹性连杆

六连杆双曲柄滑块机构冲压机床的结构参数分析与优化

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机械传动 2018年第8期42卷 121-124页

作者：刘善民吴子岳刘善增上海海洋大学工程学院上海201306 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

基于冲压机床六连杆双曲柄滑块机构的运动特性分析,开展了冲压机床六连杆双曲柄滑块机构的结构参数分析与优化设计。首先,进行了六连杆双曲柄滑块机构的运动学推导,求得了各结构参数的函数表达式。其次,基于提出的优化设计数学模型和MAT... 详细信息

基于冲压机床六连杆双曲柄滑块机构的运动特性分析,开展了冲压机床六连杆双曲柄滑块机构的结构参数分析与优化设计。首先,进行了六连杆双曲柄滑块机构的运动学推导,求得了各结构参数的函数表达式。其次,基于提出的优化设计数学模型和MATLAB软件,进行冲压机床六连杆双曲柄滑块机构的结构参数的优化设计、运动仿真分析和运动特性研究。结论表明,进行六连杆双曲柄滑块机构的优化设计对改善冲压机床的运动特性具有重要意义。

关键词：冲压机床双曲柄滑块机构运动学结构参数分析

3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析

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中国机械工程 2008年第10期19卷 1219-1224页

作者：刘善增余跃庆苏丽颖杨建新北京工业大学北京100022

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,... 详细信息

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。

关键词：柔性并联机器人动力学建模固有频率参量

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空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析

机械工程学报 2011年第23期47卷 39-48页

作者：刘善增朱真才余跃庆刘初升张连杰中国矿业大学机电学院徐州221116 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析。建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange方程导出有限元梁单元的运动微分方程。通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学... 详细信息

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析。建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange方程导出有限元梁单元的运动微分方程。通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学约束条件,并由Newton-Euler方程得到系统动平台的动力学模型。根据系统的运动学约束条件和动平台的动力学模型,经过各个单元运动微分方程的有机组装,导出刚柔耦合并联机构系统的整体动力学方程。在此基础上,通过算例3-RRS刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析,总结空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率与机构基本参量之间的内在规律。结果显示,刚柔耦合并联机构系统的结构尺寸、支链中杆件的截面参量和材料参量等对系统的固有频率都有显著影响。研究对进一步研究刚柔耦合并联机构的动态特性和机构优化设计具有重要的指导意义。

关键词：刚柔耦合并联机构有限元固有频率特性

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3-■RS柔性并联机器人的动力学分析

中国机械工程 2009年第7期20卷 757-762页

作者：刘善增余跃庆佀国宁刘庆波杨建新北京工业大学北京100124 中国矿业大学徐州221116

对一种空间3-■RS柔性并联机器人进行了动力学分析。首先,提出了一种空间柔性梁单元模型;接着,利用有限元理论、KED分析方法和Lagrange方程建立了3-■RS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过运动协调条件将各支链的动力学方程组装在一起... 详细信息

对一种空间3-■RS柔性并联机器人进行了动力学分析。首先,提出了一种空间柔性梁单元模型;接着,利用有限元理论、KED分析方法和Lagrange方程建立了3-■RS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过运动协调条件将各支链的动力学方程组装在一起,得到了系统弹性动力学方程,在此基础上,分析了柔性并联机器人动力学方程的Newmark求解方法;最后,通过算例分析了该柔性并联机器人动平台动力学响应的变化规律。

关键词：柔性并联机器人动力学分析位移误差有限元动力学响应