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并联机器人工作空间的区间离散法

光学精密工程 2021年第8期29卷 1847-1856页

作者：叶鹏达尤晶晶仇鑫徐帅茹煜南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016

鉴于运用传统的点离散法计算并联机器人的工作空间时存在计算精度低、有漏判点等不足,以3-RPR平面并联机器人为研究对象,基于区间数学理论提出一种高精度、无漏判点的区间离散法。推导了机器人运动学反解的解析表达式,运用区间离散法计... 详细信息

鉴于运用传统的点离散法计算并联机器人的工作空间时存在计算精度低、有漏判点等不足,以3-RPR平面并联机器人为研究对象,基于区间数学理论提出一种高精度、无漏判点的区间离散法。推导了机器人运动学反解的解析表达式,运用区间离散法计算其位置/姿态工作空间,从效率、精度和误差灵敏度这三个方面对比了区间离散法和点离散法。结果显示:随着计算精度的提高,区间离散法的效率优势越来越明显;区间离散法和点离散法的计算误差分别为0.002%和0.272%;区间离散法和点离散法对机器人结构尺寸误差的敏感度分别为0.394和0.396。这表明区间离散法的数值性态明显优于点离散法。该研究方法及结论为并联机器人的拓扑优化、轨迹规划等工作提供了理论指导。

关键词：并联机器人工作空间区间离散法点离散法数值性态

无寄生运动3-DOF 2T1R并联机构拓扑设计与分析

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农业机械学报 2024年第6期55卷 424-433页

作者：沈惠平傅增李菊叶鹏达李涛常州大学现代机构学研究中心常州213164

为充分研究少自由度并联机构所具备优势,拓宽其应用领域,设计并研究一种含冗余支链且无寄生运动三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构,完成运动学和动力学分析。基于方位特征集(POC)的拓扑机构学理论方法,设计了一种含冗余支链且无寄生... 详细信息

为充分研究少自由度并联机构所具备优势,拓宽其应用领域,设计并研究一种含冗余支链且无寄生运动三自由度两平移一转动(2T1R)并联机构,完成运动学和动力学分析。基于方位特征集(POC)的拓扑机构学理论方法,设计了一种含冗余支链且无寄生运动的两平移一转动并联机构,并进行拓扑分析,结果表明:该机构还具有部分运动解耦特性;根据基于拓扑特征运动学的建模方法,求得机构位置正反符号解;又基于位置反解分析了机构奇异性,基于位置正解给出了工作空间;基于虚功原理的序单开链法对机构进行动力学建模,求得了该机构移动副处的驱动力以及两个子运动链(SKC)连接处的支反力;概念设计了该机构的一种应用场景。

关键词：并联机构方位特征运动学奇异性序单开链动力学

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Stewart衍生型六维加速度传感器的工作频带研究

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振动．测试与诊断 2021年第4期41卷 701-709,830页

作者：王林康尤晶晶李成刚仇鑫叶鹏达南京林业大学机械电子工程学院南京210037 江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016 南京航空航天大学机电学院南京210016

六维加速度传感器的工作频带是一项重要的动态性能评价指标,由于目前市场上还没有能够完全满足标定要求的试验平台,这项性能的理论模型目前尚未建立。针对该现状,以一种Stewart衍生型六维加速度传感器为例,通过推导基频及其与工作频带... 详细信息

六维加速度传感器的工作频带是一项重要的动态性能评价指标,由于目前市场上还没有能够完全满足标定要求的试验平台,这项性能的理论模型目前尚未建立。针对该现状,以一种Stewart衍生型六维加速度传感器为例,通过推导基频及其与工作频带上限之间的关系,建立了其工作频带的数学模型。首先,通过将四元数引入系统的第2类Lagrange方程,推导出动、势能函数的二次型表达式,通过矩阵迭代法求解得到具体的基频值,验算结果表明,所设计算法的迭代次数不超过19,计算误差小于0.0001%;其次,基于正交试验理论以及ADAMS动力学仿真软件,设计了256组搜索可行工作频率的虚拟试验,结果表明,工作频带上限始终介于基频的1/35~1/32,且测量数据的不确定度仅为0.0041;然后,运用空间模型理论研究了传感器的工作频带性能指标与结构参数的分布规律,绘制了全域性能图谱,为后续结构拓展提供参考;最后,加工制作了六维加速度传感器的实物样机,并在其工作频带内进行了试验,相对误差小于0.53%,进一步验证了频带模型的有效性和可行性。

关键词：六维加速度传感器并联机构固有频率工作频带性能图谱

6支链台体型Stewart衍生构型位置正解半解析算法

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农业机械学报 2019年第4期50卷 393-400页

作者：叶鹏达尤晶晶沈惠平吴洪涛李成刚南京林业大学机械电子工程学院南京210037 江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016 常州大学机械工程学院常州213016 南京航空航天大学机电学院南京210016

目前6支链Stewart并联机构位置正解无全解析解或全解析解推导困难,不利于程式化分析计算,本文设计4种6支链台体型Stewart衍生构型,并构建了一种数值法和解析法相结合的半解析算法。通过添加6条虚拟支链,4种衍生构型可重构为同一种12-6... 详细信息

目前6支链Stewart并联机构位置正解无全解析解或全解析解推导困难,不利于程式化分析计算,本文设计4种6支链台体型Stewart衍生构型,并构建了一种数值法和解析法相结合的半解析算法。通过添加6条虚拟支链,4种衍生构型可重构为同一种12-6台体型拓扑构型;推导了重构构型的协调方程,并针对4种衍生构型,推导了虚拟支链长度的数值解;基于动平台上特征点之间的拓扑关系,推导了重构构型位置正解的全解析解。进一步对比分析了半解析算法与传统数值法在计算位姿正解时的精度、效率和稳定性。数值算例表明,半解析算法的精度与稳定性优于传统数值法至少2倍,但传统数值法的效率是半解析算法的7倍;同时得到了半解析算法的3点构型选取原则。

关键词：并联机构半解析算法精度效率稳定性

铜基稀土过渡金属钙钛矿La_(1-x)Nd_(x)CuO_(3)(0≤x≤1)的高压合成

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高压物理学报 2024年第1期38卷 44-50页

作者：孙浩叶鹏达刘雨微金美玲李翔北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室北京100081 北京理工大学机电学院精工书院北京100081

在高温高压条件下,利用自主设计加工的Walker型高压组件合成新型铜基稀土过渡金属钙钛矿La_(1-x)Nd_(x)CuO_(3)(0≤x≤1)。结构精修结果表明:La_(1-x)Nd_(x)CuO_(3)(0≤x≤0.4)具有菱方结构,空间群为;当0.5≤x≤0.7时,该体系表现出菱方... 详细信息

在高温高压条件下,利用自主设计加工的Walker型高压组件合成新型铜基稀土过渡金属钙钛矿La_(1-x)Nd_(x)CuO_(3)(0≤x≤1)。结构精修结果表明:La_(1-x)Nd_(x)CuO_(3)(0≤x≤0.4)具有菱方结构,空间群为;当0.5≤x≤0.7时,该体系表现出菱方结构与Pnma正交结构共存的混合相;进一步增加Nd的掺杂比例,当0.8≤x≤1时样品具有单一的Pnma正交结构。获得了La_(1-x)Nd_(x)CuO_(3)(0≤x≤1)的完整结构相图,为深入研究稀土-3d过渡金属氧化物的磁性、金属-绝缘体相变等物性演化规律提供了新的材料选项。

关键词：高压合成铜基稀土-3d过渡金属氧化物金属绝缘体相变

基于最优路径的并联机构自由度计算方法及其新公式

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机械工程学报 2024年第19期60卷 40-52页

作者：沈惠平李菊朱小蓉李涛孟庆梅朱伟叶鹏达常州大学现代机构学研究中心常州213164

用于一般过约束和无过约束并联机构的非瞬时自由度计算公式(Yang-Sun公式),是针对由纯简单支链、按纯并联形式组成的典型并联机构而导出的,自由度计算时没有考虑最佳计算路径。因此,当它用于含有两条及以上混合支链的复杂并联机构(含广... 详细信息

用于一般过约束和无过约束并联机构的非瞬时自由度计算公式(Yang-Sun公式),是针对由纯简单支链、按纯并联形式组成的典型并联机构而导出的,自由度计算时没有考虑最佳计算路径。因此,当它用于含有两条及以上混合支链的复杂并联机构(含广义闭环并联机构)自由度计算时,存在“计算路径”冗长、回路独立位移方程数的计算过程繁杂、不能清晰显示出各回路对前一个子并联机构自由度的影响等不足。为此,提出基于最优路径的并联机构自由度计算的新方法和公式;该方法计算过程简便、计算量少,而且能明确显示出各回路对整个并联机构自由度的具体影响过程,特别适合于含两条及以上混合支链的一般过约束和无过约束并联机构的非瞬时自由度计算。

关键词：自由度并联机构混合支链

具有解析式正解的Stewart衍生型并联机构的位移输入协调关系

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光学精密工程 2020年第1期28卷 151-165页

作者：叶鹏达尤晶晶(指导) 沈惠平吴洪涛茹煜南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 江苏省精密与微细制造技术重点实验室江苏南京210016 常州大学现代机构学研究中心江苏常州213016 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对6自由度冗余驱动并联机构实时控制较难的问题,以具有解析式正解的Stewart衍生拓扑构型为研究对象,研究了位移输入的协调关系。通过设计二重复合球铰链和可转换主动、从动模式的移动副,实现了6种不同冗余度的低耦合驱动模式。根据动... 详细信息

针对6自由度冗余驱动并联机构实时控制较难的问题,以具有解析式正解的Stewart衍生拓扑构型为研究对象,研究了位移输入的协调关系。通过设计二重复合球铰链和可转换主动、从动模式的移动副,实现了6种不同冗余度的低耦合驱动模式。根据动平台上4个位置点之间的尺度约束关系,构建了一种正向运动学全解析算法,验证了位姿正解模型的正确性。推导化简了位移输入的6个协调方程,分别运用Newton-Raphson法和Broyden法得到了协调方程的数值解,对比结果发现,Broyden法的计算时间约为Newton-Raphson法的78%,Newton-Raphson法的精度优于Broyden法至少3倍。从许可初值偏差和结构参数两个方面研究了各种驱动模式对冗余协调算法的影响,结果表明,随着动平台边长的增大以及移动副初始长度的减小,冗余协调算法允许有更大的许可初值偏差。进一步地,基于区间分析理论引入并定义扰动适应性能评价指标,计算出本机构的最佳冗余度为5,并且得出Broyden法的综合扰动适应性能优于Newton-Raphson法的1.27倍。最后,结合数值性态给出了Stewart衍生型并联机构移动副驱动模式优选的3点选取原则。研究方案可为6自由度冗余驱动并联机构的结构模型优化及实时控制提供参考依据。

关键词：并联机构位姿正解协调方程结构参数许可初值偏差

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过渡金属钙钛矿的高压高温合成及物性

高压物理学报 2024年第5期38卷 61-79页

作者：田瑞丰叶鹏达陈宇翔金美玲李翔北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室北京100081 北京理工大学机电学院精工书院北京100081

过渡金属钙钛矿材料由于具有灵活多变的晶体结构和丰富多样的物理性质,在信息、能源和催化等领域具有广阔的应用前景。然而,在常规条件下合成的过渡金属钙钛矿种类有限。高压作为一种独特的实验手段,能够显著调控材料的原子间距和元素构... 详细信息

过渡金属钙钛矿材料由于具有灵活多变的晶体结构和丰富多样的物理性质,在信息、能源和催化等领域具有广阔的应用前景。然而,在常规条件下合成的过渡金属钙钛矿种类有限。高压作为一种独特的实验手段,能够显著调控材料的原子间距和元素构型,在合成新型钙钛矿材料方面具有较大优势,通过改变电子结构可引发铁电、磁性、超导、金属-绝缘体转变、电荷转移及电荷歧化等新奇的物理性质。本文回顾了极端高压材料制备技术和高压原位测量技术,并对这2项技术在几类过渡金属钙钛矿合成与物性调控方面的应用进行了展望。

关键词：极端高压过渡金属钙钛矿晶体结构物理特性

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一种新型9-3可重构并联机构的设计、拓扑特性与重构分析

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机械科学与技术 2023年第4期42卷 608-614页

作者：徐帅尤晶晶沈惠平叶鹏达南京林业大学机械电子工程学院南京210037 江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016 常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213016

可重构并联机构具有变自由度及变构型的优点,设计了一种零耦合度、含3条冗余支链的新型9-3可重构并联机构。基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,创建了并联机构拓扑分析的模块化公式,并解析了机构的拓扑特性。基于一种... 详细信息

可重构并联机构具有变自由度及变构型的优点,设计了一种零耦合度、含3条冗余支链的新型9-3可重构并联机构。基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,创建了并联机构拓扑分析的模块化公式,并解析了机构的拓扑特性。基于一种可转换主、从运动及锁合的变胞移动副,利用主动模式与从动模式,将9-3型可重构并联机构转换为6-3A和6-3B这两种构型,并计算了它们的拓扑指标。结果显示,它们的耦合度分别为0和1。利用锁合模式,将6-3A型并联机构进行重构,得到了5类少自由度并联机构。特别地,以一种三自由度重构构型为例,详细分析了其拓扑特性。

关键词：并联机构重构拓扑特性耦合度