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具有符号式正解的降耦冲压机构动力学建模与分析

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农业机械学报 2021年第3期52卷 401-409页

作者：沈惠平黄凯伟邓嘉鸣尤晶晶杨廷力常州大学现代机构学研究中心常州213016 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

提出并设计一种具有符号式正向运动学、含3个子运动链(SKC)的单输入两滑块输出平面冲压机构。运用拓扑结构降耦方法,优化设计一种零耦合度单输入两滑块输出平面冲压机构,对其进行拓扑结构分析,得到机构耦合度为零(κ=0),从而得到正向位... 详细信息

提出并设计一种具有符号式正向运动学、含3个子运动链(SKC)的单输入两滑块输出平面冲压机构。运用拓扑结构降耦方法,优化设计一种零耦合度单输入两滑块输出平面冲压机构,对其进行拓扑结构分析,得到机构耦合度为零(κ=0),从而得到正向位置、速度及加速度的符号解;采用基于Newton-Euler原理的序单开链法,建立了该机构的逆向动力学模型,并求解出机构构件的动态支反力和驱动力矩;对比分析了该方法和Lagrange法在动力学建模精度方面的误差,结果表明,基于Newton-Euler原理的序单开链法具有较高的建模精度。本研究为基于Newton-Euler原理的序单开链法在含多个SKC机构上的推广应用,以及该平面冲压机构的机械结构强度设计与动力学性能优化提供了理论依据。

关键词：冲压机构耦合度序单开链法动力学建模

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两支链三平移并联机构动力学分析与性能优化

农业机械学报 2022年第10期53卷 412-422,445页

作者：李菊肖思进沈惠平赵一楠杨廷力常州大学现代机构学研究中心常州213164

对前期提出的三平移并联机构2P4R(Pa)-PR(Pa)R进行了动力学分析及其性能优化。首先,基于该机构的符号式位置正解,直接求得其各杆件(角)速度和(角)加速度;然后,采用基于虚功原理的序单开链法,对该机构进行动力学建模,并通过比较3个驱动... 详细信息

对前期提出的三平移并联机构2P4R(Pa)-PR(Pa)R进行了动力学分析及其性能优化。首先,基于该机构的符号式位置正解,直接求得其各杆件(角)速度和(角)加速度;然后,采用基于虚功原理的序单开链法,对该机构进行动力学建模,并通过比较3个驱动力的理论计算值与仿真结果,验证了动力学建模的正确性;进一步,以杆件长度和质量参数作为设计变量,以可达工作空间和能量传递效率两种性能指标为目标函数,对该机构进行运动学和动力学性能的二级递进优化,得到机构在上述两种性能指标下的最优解,使机构可达工作空间性能指标提高56.2%,全局能量传通效率性能指标提高63.6%,为机构设计与样机研制奠定了基础。

关键词：并联机构序单开链法虚功原理动力学建模性能优化

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一平移两转动并联运动振动筛动力学建模与精度分析

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农业机械学报 2021年第2期52卷 394-400页

作者：沈惠平肖思进尤晶晶杨廷力常州大学现代机构学研究中心常州213164 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

对单自由度一平移两转动(1T2R)并联运动振动筛进行了动力学分析。由于该机构包含2个子运动链(SKC),且其耦合度均为零,因此,首先由求得的符号式位置正解直接求解各杆件(角)速度和(角)加速度;然后,基于Newton Euler原理的序单开链法,对含... 详细信息

对单自由度一平移两转动(1T2R)并联运动振动筛进行了动力学分析。由于该机构包含2个子运动链(SKC),且其耦合度均为零,因此,首先由求得的符号式位置正解直接求解各杆件(角)速度和(角)加速度;然后,基于Newton Euler原理的序单开链法,对含两个SKC的空间并联机构进行动力学建模,计算得到该机构主动副的驱动力矩变化曲线;与利用传统Lagrange法得到的驱动力矩进行了动力学建模误差对比分析,结果表明,基于Newton Euler原理的序单开链法具有更高的动力学建模精度。本文为多回路空间并联机构高效、精确动力学建模与分析,以及该并联运动振动筛的动力学参数优化提供了理论基础。

关键词：并联振动筛动力学模型序单开链法耦合度

3-R‖R‖C三平移并联机构的位置求解及静力学特性分析

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机械设计 2013年第4期30卷 29-33页

作者：王振沈惠平孟庆梅邓嘉鸣张策杨廷力常州大学机器人研究所江苏常州213016 天津大学仁爱学院天津301636

对新型三平移并联机器人机构,进行了运动学分析和静力学分析,包括:运用矢量法求解了该机构的位置反解解析解,分析了该机构输出与输入的运动解耦性;运用基于序单开链法的一维搜索法求解了该机构的位置正解数值解;进一步地,采用力雅可比... 详细信息

对新型三平移并联机器人机构,进行了运动学分析和静力学分析,包括:运用矢量法求解了该机构的位置反解解析解,分析了该机构输出与输入的运动解耦性;运用基于序单开链法的一维搜索法求解了该机构的位置正解数值解;进一步地,采用力雅可比矩阵的方法对该机构进行了静力学分析,得到了输入力矩与输出外力的关系;最后运用MAT-LAB软件进行了运动学、静力学特性仿真分析。为该机构的结构设计与分析提供了理论基础。

关键词：并联机构运动学静力学序单开链法

1T1R并联机构拓扑设计及其运动学、动力学分析

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机电工程 2022年第10期39卷 1424-1432页

作者：华耀沈惠平李菊李涛陈炳伟邓嘉鸣常州大学现代机构学研究中心江苏常州213164

为了研发和推广应用一平移一转动(1T1R)并联机构(PM),提出了一种新型1T1R并联机构,并对该并联机构进行了运动学和动力学性能分析。首先,根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,设计出了一种具有符号式位置正解,且运动... 详细信息

为了研发和推广应用一平移一转动(1T1R)并联机构(PM),提出了一种新型1T1R并联机构,并对该并联机构进行了运动学和动力学性能分析。首先,根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,设计出了一种具有符号式位置正解,且运动解耦的两自由度一平移一转动并联机构,并对该机构进行了拓扑分析,计算出了其方位特征(POC)、自由度、耦合度等拓扑特征;然后,根据基于拓扑特征的运动学建模方法,求解了机构的符号式位置正反解;基于雅可比矩阵分析了机构的奇异性,基于位置正解公式计算分析了机构的工作空间;最后,采用基于虚功原理的序单开链法,对该机构进行了动力学建模,求解了该机构的驱动力矩和两个SKC连接处运动副的支反力。研究结果表明:相比基于反解计算工作空间,基于位置正解计算工作空间的效率可提高30.7%;对该机构进行运动学和动力学研究,可以为其结构设计及样机研制奠定基础。

关键词： 1T1R并联机构方位特征自由度机构工作空间机构奇异性序单开链法运动学分析

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RRP单开链的装配构形及运动分析研究

机械设计与制造 2000年第3期 27-28页

作者：王云南昌航空工业学院南昌330034

深入分析了RRP单开链的四种装配构形 ,给出了其统一完整的运动分析方法 ,为机构选优及运动分析提供了依据。

关键词： RRP单开链装配构形运动分析序单开链法

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并联机构解耦机理研究与仿真分析

并联机构解耦机理研究与仿真分析

作者：王婷华北科技学院

学位级别：硕士

机械化水平是实现国家富强、社会进步、城市发展的重要保障。无论工业界的自动化生产线与数控机床,还是服务娱乐的医疗机器人与运动模拟器等,都可以找到并联机构的影子,并联机构在生产生活中应用广泛。但并联机构常常会存在运动强耦合... 详细信息

机械化水平是实现国家富强、社会进步、城市发展的重要保障。无论工业界的自动化生产线与数控机床,还是服务娱乐的医疗机器人与运动模拟器等,都可以找到并联机构的影子,并联机构在生产生活中应用广泛。但并联机构常常会存在运动强耦合的现象,在工业机械生产中常常会引发一些安全事故,因此,本文提出解耦理论从根源上消除或减少危险有害因素,避免了安全事故的产生,对于工业机械安全生产有重大意义。基于序单开链法原理对该机构的拓扑结构分析、当约束度的数值分别为正、负、零时,对应地将并联机构分解成不同的SOC回路;引入并联机构的POC集方程,可利用方位特征方程判断并联机构动平台的运动方式,方便简洁,便于计算;提出并联机构的解耦理论,可实现并联机构从结构耦合到结构解耦的转变。提出并联机构转动和平移的运动条件、运动副的空间布置及驱动副的选择原则,为后续解耦并联机构的支链运动方式和运动副的选择提供了理论基础。本文以3-RRR平面并联机构为研究对象,系统分析了高耦合和低耦合3-RRR平面并联机构的约束度、耦合度、SOC的确定以及POC集方程,并对该机构运动学分析,包括位置、速度、加速度、奇异分析,分别在高耦合和低耦合3-RRR位置正解分析中验证结果。基于Solid Work软件绘制该机构的3D动态模型,将实体模型导入ADAMS软件,对ADAMS中的实体模型添加约束及驱动并进行仿真,即可得到该机构的速度、加速度曲线,实现ADAMS的后处理模块将仿真过程中的数据可视化,对并联机构运动学分析具有较好的辅助作用,形成一套完整的解耦并联机构运动学理论体系。

关键词：序单开链法 POC集方程运动学分析 ADAMS仿真

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基于子运动链的并联机构动力学建模与求解

基于子运动链的并联机构动力学建模与求解

作者：黄凯伟常州大学

学位级别：硕士

本文研究基于子运动链的并联机构动力学分析方法,对一种零耦合度的平面冲压机构、一种零耦合度的空间2T1R机构及一种一耦合度的空间2T1R并联机构进行动力学建模、求解与分析,表明该方法的有效性及适用普遍性。首先,介绍了三种具有不同... 详细信息

本文研究基于子运动链的并联机构动力学分析方法,对一种零耦合度的平面冲压机构、一种零耦合度的空间2T1R机构及一种一耦合度的空间2T1R并联机构进行动力学建模、求解与分析,表明该方法的有效性及适用普遍性。首先,介绍了三种具有不同自由度和耦合度的机构研究对象及其拓扑特性,为后面的机构运动学、动力学分析奠定了基础,即根据并联机构结构降耦设计方法,设计了一种零耦合度的具有符号式位置正解的平面冲压机构（称为:机构1）;同时,根据基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑设计方法,改进设计了一种全由转动副组成、零耦合度且部分运动解耦的新型空间2T1R并联机构（称为:机构2）,并分析了其POC、自由度、耦合度等拓扑特征参数;又介绍了作者团队提出的一种一耦合度的空间2T1R并联机构（称为:机构3）的拓扑特性。其次,介绍了基于Newton-Euler（简写:N-E）原理的序单开链法基本思想,采用该方法建立了机构1的逆动力学模型,且与Lagrange方法对比,表明基于N-E的序单开链法精度较高;同时,介绍了基于虚功原理的序单开链法,并采用此方法分别对机构2和3进行逆动力学建模分析,且与传统虚功原理方法对比,表明基于虚功原理的序单开链法,具有建模思路清晰、能求得子运动链连接处运动副的支反力等优势。最后,在前述拓扑结构分析和运动学分析的基础上,采用基于虚功原理的序单开链法,介绍了两种类型（含支反力和不含支反力）的动力学响应（正向动力学）方程的生成过程及其求解思路;同时,以上述机构1、2、3为研究对象,分别求解了各构件（角）加速度矩阵系数和构件上的力（矩）关于广义加速度的函数,进而建立各自包含支反力和不含支反力两种类型的动力学响应方程;进一步,对响应方程进行数值求解,得到了三个机构的运动规律;又与ADAMS的动力学仿真对比,验证了所建动力学响应方程的正确性。

关键词：并联机构拓扑学序单开链法耦合度动力学

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空间并联机构动力学分析及其优化

空间并联机构动力学分析及其优化

作者：肖思进常州大学

学位级别：硕士

本文对本团队提出的单自由度一平移两转动空间并联振动筛机构和三平移2P4R（Pa）-PR（Pa）R并联机构,进行逆向动力学分析、正向动力学分析;同时,根据动力学分析结果进行动力学优化,以提升两个并联机构的动力学性能和运行稳定性。首先,... 详细信息

本文对本团队提出的单自由度一平移两转动空间并联振动筛机构和三平移2P4R（Pa）-PR（Pa）R并联机构,进行逆向动力学分析、正向动力学分析;同时,根据动力学分析结果进行动力学优化,以提升两个并联机构的动力学性能和运行稳定性。首先,根据基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑设计方法和基于拓扑特征的运动学求解方法,对单自由度一平移两转动并联振动筛机构和三平移2P4R（Pa）-PR（Pa）R并联机构分别进行拓扑和运动学分析,求得两个机构的POC集、自由度（DOF）和耦合度（?）等拓扑特征,以及速度和加速度,为机构进行动力学分析奠定基础。然后,分别使用基于Newton-Euler和虚功原理的序单开链法、第Ⅱ类Lagrange法,对并联振动筛机构进行逆向动力学建模;用传统虚功原理法和基于虚功原理的序单开链法对三平移2P4R（Pa）-PR（Pa）R并联机构进行逆向动力学分析,得到驱动力、力矩的变化曲线;进一步,通过对比理论公式计算值与仿真值结果,验证了动力学建模过程的正确性;同时,将序单开链法分别和传统虚功原理法及第Ⅱ类Lagrange法进行对比,表明该方法的优势。接着,运用基于虚功原理的序单开链法,对两个机构进行正向动力学建模,建立了动力学响应方程,其维数恰为机构自由度;先对广义速度进行特殊赋值,确定动力学响应方程的系数矩阵元素;再用Euler法求解了该运动微分方程的数值解,进一步,对比理论公式计算值与ADAMS仿真值,验证了基于虚功原理的序单开链法的正确性,揭示了该振动筛机构筛面和三平移并联机构动平台的真实运动规律。该方法形式简洁、计算量大大减少,为机构后续的动力学控制提供了技术依据。最后,以杆件长度和质量参数作为设计变量,以可达工作空间和能量传递效率两种性能指标为目标函数,对这两个机构的运动学和动力学性能进行优化设计,得到这两个机构在以上两种性能指标下的最优解。

关键词：并联机构序单开链法动力学分析优化设计