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机械臂臂杆刚度主动控制下的末端振动特性研究

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力学学报 2020年第4期52卷 985-995页

作者：张玉玲谷勇霞赵杰亮阎绍泽清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 北京工商大学材料与机械工程学院北京100048

机械臂在运动过程中会因臂杆柔性引发结构变形和弹性振动,降低机械臂末端的定位精度和运动稳定性,将结构振动控制方法用于机械臂的振动抑制研究具有重要意义.基于变刚度主动控制的设计思想,提出了臂杆刚度主动控制方法,通过改变机械臂... 详细信息

机械臂在运动过程中会因臂杆柔性引发结构变形和弹性振动,降低机械臂末端的定位精度和运动稳定性,将结构振动控制方法用于机械臂的振动抑制研究具有重要意义.基于变刚度主动控制的设计思想,提出了臂杆刚度主动控制方法,通过改变机械臂臂杆的轴向受力状况来主动改变机械臂的刚度.采用变形耦合法描述了机械臂的非线性变形,进而结合假设模态法和拉格朗日方程建立了臂杆的变刚度动力学模型,并进行了数值仿真.在此基础上,设计了基于臂杆刚度主动控制方法的单自由度实验台,分析了不同预紧力下机械臂末端的振动特性.数值仿真和实验结果表明,随着预紧力的增加,机械臂末端的振动幅值得到衰减,验证了臂杆刚度主动控制方法的有效性.通过采用响应面法建立了机械臂末端的振动响应与预紧力的关系,并基于内部映射牛顿法的子空间置信域法优化算法对预紧力进行了优化分析,得到了最优预紧力.该研究可为机械臂的精细动力学建模和振动抑制提供一定的理论依据,并为研究经济型低刚度材料的刚化问题提供了方向,以利用廉价低刚度材料取代目前所应用的昂贵高刚度材料.

关键词：臂杆刚度主动控制预紧力机械臂动力学建模振动特性

航天器中含间隙机构非线性动力学问题及其研究进展

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动力学与控制学报 2004年第2期2卷 48-52页

作者：阎绍泽清华大学精密仪器与机械学系北京100084

介绍了航天器中含间隙空间机构动力学的研究进展,论述了间隙非线性研究对新型航天器设计及在轨运行性能分析的重要意义,提出了待解决的若干含间隙空间机构动力学关键问题,其中包括空间机构间隙接触非线性动力学分析设计、在轨运行机构... 详细信息

介绍了航天器中含间隙空间机构动力学的研究进展,论述了间隙非线性研究对新型航天器设计及在轨运行性能分析的重要意义,提出了待解决的若干含间隙空间机构动力学关键问题,其中包括空间机构间隙接触非线性动力学分析设计、在轨运行机构稳定性分析,以及在轨含间隙空间机构动力学性能全局预测模拟的仿真软件研制等.

关键词：航天器柔性多体机械系统非线性动力学间隙机构

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考虑谐波传动滞后的柔性空间机械臂运动精度

机械工程学报 2013年第23期49卷 74-79页

作者：谷勇霞赵杰亮阎绍泽吴嘉宁北京工商大学材料与机械工程学院北京100048 清华大学机械工程系北京100084

空间机械臂是完成释放、回收卫星以及空间站在轨装配、维修等多种任务的航天器重要维护工具,其末端执行器运动轨迹的精度优劣直接关系到航天工作任务的成败。现有空间机械臂多采用谐波传动作为减速机构,该减速机构会产生运动滞后效应。... 详细信息

空间机械臂是完成释放、回收卫星以及空间站在轨装配、维修等多种任务的航天器重要维护工具,其末端执行器运动轨迹的精度优劣直接关系到航天工作任务的成败。现有空间机械臂多采用谐波传动作为减速机构,该减速机构会产生运动滞后效应。结合谐波减速器传动滞后模型,基于Rayleigh-Ritz法给出考虑臂杆柔性与谐波传动运动滞后的动力学方程。提出描述输出误差的精度指标,研究臂杆刚度与滞后相位角对输出精度特性的影响,得到了对空间机械臂工程设计有一定参考意义的结果。

关键词：柔性空间机械臂谐波传动运动滞后输出精度

考虑含间隙关节的漂浮基空间机械臂动力学输出特性研究

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机械工程学报 2019年第3期55卷 99-108页

作者：谷勇霞张玉玲赵杰亮阎绍泽北京工商大学材料与机械工程学院北京100048 清华大学机械工程系北京100084

研究关节间隙对漂浮基空间机械臂动力学特性的影响对设计空间站机械臂具有重要意义。采用Lankarani-Nikravesh接触力表达式建立了考虑摩擦的含间隙关节模型;应用Lagrange方程和含间隙关节模型建立了含间隙的漂浮基空间机械臂动力学模型... 详细信息

研究关节间隙对漂浮基空间机械臂动力学特性的影响对设计空间站机械臂具有重要意义。采用Lankarani-Nikravesh接触力表达式建立了考虑摩擦的含间隙关节模型;应用Lagrange方程和含间隙关节模型建立了含间隙的漂浮基空间机械臂动力学模型。数值模拟分析了间隙关节数量和不同间隙尺寸对漂浮基空间机械臂动力学输出特性的影响,并定量分析了间隙对漂浮基空间机械臂动力学输出的影响程度。结果表明,两个含间隙关节的耦合作用导致关节接触碰撞力剧烈变化,引起漂浮基空间机械臂的动力学输出更加剧烈;关节的间隙尺寸值越大,漂浮基空间机械臂动力学输出的波动幅值越大,但波动频率会随着间隙值的增大而减小,降低了空间机械臂的运动精度。该研究可为解决多个含间隙关节的漂浮基空间机械臂的高精度轨迹控制问题提供重要的理论依据。

关键词：间隙尺寸间隙数量漂浮基空间机械臂动力学特性

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非恒定流压力脉动的谱估计

水力发电学报 1993年第1期12卷 55-63页

作者：骆少泽阎诗武南京水利科学研究院

本文应用自适应最小二乘格型(LSL)算法估计非恒定流压力脉动的功率谱密度。文中介绍了LSL算法的原理,通过实例计算非恒定流压力脉动的时变谱密度S(f,t),并用准平稳的傅氏法与最大熵法进行对比计算。还用恒定流压力脉动资料比较了傅氏法... 详细信息

本文应用自适应最小二乘格型(LSL)算法估计非恒定流压力脉动的功率谱密度。文中介绍了LSL算法的原理,通过实例计算非恒定流压力脉动的时变谱密度S(f,t),并用准平稳的傅氏法与最大熵法进行对比计算。还用恒定流压力脉动资料比较了傅氏法、最大熵法及LSL算法的谱估计性能。

关键词：非恒定流脉动谱估计

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水下滑翔机多点探测能耗最低路径的规划方法

机械工程学报 2023年第5期59卷 156-166页

作者：吴宏宇牛文栋张玉玲王树新阎绍泽清华大学机械工程系北京100084 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

作为一种有前途的海洋现象自主观测平台,水下滑翔机通过调节自身净浮力和姿态实现空间运动。由于低能耗的驱动方式,水下滑翔机非常适合执行长期海洋探测任务。针对水下滑翔机的多点探测任务,本文提出一种能耗最低路径的规划方法。首先,... 详细信息

作为一种有前途的海洋现象自主观测平台,水下滑翔机通过调节自身净浮力和姿态实现空间运动。由于低能耗的驱动方式,水下滑翔机非常适合执行长期海洋探测任务。针对水下滑翔机的多点探测任务,本文提出一种能耗最低路径的规划方法。首先,建立了滑翔机整机动力学模型,推导了单剖面滑翔运动能耗模型。基于仿真结果,采用多项式拟合方法确定了滑翔机的能耗、航程、控制参数值和目标下潜深度之间的近似函数表达式。在运动路径给定条件下,研究了滑翔机能耗与剖面数之间的关系。在此基础上,将多点探测任务的路径规划抽象为旅行商问题(Traveling salesman problem, TSP),并基于遗传算法给出了该问题的求解方法。数值算例表明,该路径规划方法可有效降低滑翔机在执行多点探测任务时所需能耗。

关键词：水下滑翔机动力学分析能耗模型路径规划遗传算法

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基于脑电刺激的蜜蜂飞行控制系统设计

机械工程学报 2021年第15期57卷 45-52页

作者：赵杰亮赵真余丽丁浩嘉杨运强阎绍泽北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 清华大学机械工程系北京100084

半生物昆虫机器人因其隐蔽性高、续航时间长等优势在未来军事作战及抢险救灾中具有重要应用价值。然而,目前蜜蜂等昆虫飞行行为的神经调控尚不清晰,且缺乏人工干预控制昆虫稳定和精准飞行的有效方法。在探索视觉引导下的蜜蜂飞行行为神... 详细信息

半生物昆虫机器人因其隐蔽性高、续航时间长等优势在未来军事作战及抢险救灾中具有重要应用价值。然而,目前蜜蜂等昆虫飞行行为的神经调控尚不清晰,且缺乏人工干预控制昆虫稳定和精准飞行的有效方法。在探索视觉引导下的蜜蜂飞行行为神经调控机制的基础上,采用可编程微型控制芯片,配合无线电接收模块,提出了兼顾无线通信距离与接近蜜蜂载荷的微控制背包设计,开发了嵌入式微型智能控制芯片,并以腹部背侧为昆机结合位点,验证了背包对蜜蜂机器人的飞控效果。微控制背包的开发为蜜蜂机器人的飞控研究提供了硬件基础,同时也为生物控制背包的升级与优化提供了理论依据。

关键词：蜜蜂昆虫机器人飞行行为虚拟视觉刺激人工干预控制

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谐波齿轮传动系统中动力学模型的研究进展

中国科技论文 2015年第16期10卷 1983-1990页

作者：马东辉吴嘉宁阎绍泽清华大学机械工程系北京100084 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

为了提高航天器、机器人等含谐波齿轮传动装置的复杂机械设备的工作精度和运行可靠性,对机械设备中谐波齿轮传动环节的精确建模已成为当前研究的重点。谐波齿轮传动属于柔性传动,其内部存在复杂的非线性动力学行为,而这些动力学行为严... 详细信息

为了提高航天器、机器人等含谐波齿轮传动装置的复杂机械设备的工作精度和运行可靠性,对机械设备中谐波齿轮传动环节的精确建模已成为当前研究的重点。谐波齿轮传动属于柔性传动,其内部存在复杂的非线性动力学行为,而这些动力学行为严重地影响谐波齿轮传动系统在工作中的传动性能。对谐波齿轮传动系统的动力学行为及其建模方法进行了综述:介绍了谐波齿轮传动系统中运动学误差、摩擦和柔性的主要来源、基本性质及其对传动性能的影响规律;总结了描述上述行为常用的动力学模型(运动学误差模型、摩擦模型、非线性刚度模型和滞回刚度模型)的构成、特点及适用范围。指出滞回刚度模型和考虑系统柔性的运动学误差模型是目前谐波齿轮传动系统动力学研究的重点和难点问题,并针对当前谐波齿轮传动系统的动力学建模方面存在的一些不足,提出了该领域需要进一步研究的若干问题。

关键词：谐波齿轮传动运动学误差摩擦非线性刚度滞回刚度动力学建模

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漂浮基空间机械臂动力学问题研究进展

中国机械工程 2016年第15期27卷 2118-2129页

作者：谷勇霞张玉玲赵杰亮阎绍泽北京工商大学北京100048 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

空间机械臂的载体处于自由漂浮状态,载体与机械臂之间存在运动学与动力学耦合行为,导致其运动学、动力学分析与控制比地面机械臂复杂得多,而建立精确的动力学模型和高效的控制策略是空间机械臂研究的重点与难点。对空间机械臂动力学建... 详细信息

空间机械臂的载体处于自由漂浮状态,载体与机械臂之间存在运动学与动力学耦合行为,导致其运动学、动力学分析与控制比地面机械臂复杂得多,而建立精确的动力学模型和高效的控制策略是空间机械臂研究的重点与难点。对空间机械臂动力学建模方法及精细动力学建模进行了详细综述;总结了姿态调整运动规划、非完整路径规划及避奇异位形路径规划等运动规划方法;概述了空间机械臂捕获目标过程的碰撞动力学建模和控制策略研究。在此基础上指出了当前空间机械臂在动力学建模与控制方面存在的问题与不足,并对有待于进一步研究的若干问题进行了展望。

关键词：空间机械臂动力学建模捕获目标接触碰撞