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考虑传动间隙的工业机器人关节刚度辨识方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第6期51卷 23-28页

作者：朱大虎王宇迪钱琛付佳豪武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070

针对工业机器人刚度辨识成本高、辨识精度提升难的问题,提出一种基于千分表并且考虑传动间隙影响的关节刚度辨识方法.首先,建立机器人运动学模型和刚度模型,对传统刚度模型进行了改进,考虑了辨识过程中传动间隙对辨识精度的影响;其次,... 详细信息

针对工业机器人刚度辨识成本高、辨识精度提升难的问题,提出一种基于千分表并且考虑传动间隙影响的关节刚度辨识方法.首先,建立机器人运动学模型和刚度模型,对传统刚度模型进行了改进,考虑了辨识过程中传动间隙对辨识精度的影响;其次,推导了仪器精度、测量量级、辨识精度之间的关系,在此关系式的基础上确定了以千分表为测量设备的接触式测量方案;最后,根据新方法开展了IRB6700-200/2.60型工业机器人关节刚度辨识实验.实验结果表明:使用千分表进行实验且不考虑传动间隙影响的预测相对误差为17.77%,与使用激光跟踪仪的预测相对误差16.80%相当,而考虑传动间隙影响的预测相对误差为11.00%,相比两者有明显提升.

关键词：工业机器人刚度辨识传动间隙测量千分表

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典型航天结构连接刚度辨识及建模方法研究

导弹与航天运载技术（中英文） 2022年第6期 21-25页

作者：南宫自军陈磊磊王杰中国运载火箭技术研究院北京100076 南京航空航天大学南京210016

航天结构中不同舱段间一般通过螺栓连接为整体,连接结构改变了舱段间的刚度特性,进而影响整体结构的动力学特性,如导致结构在重力及非重力方向模态频率相差较大等现象。以典型航天结构中螺栓连接结构的刚度辨识为研究目标,采用薄层单元... 详细信息

航天结构中不同舱段间一般通过螺栓连接为整体,连接结构改变了舱段间的刚度特性,进而影响整体结构的动力学特性,如导致结构在重力及非重力方向模态频率相差较大等现象。以典型航天结构中螺栓连接结构的刚度辨识为研究目标,采用薄层单元法进行等效建模,通过神经网络近似模型辨识出螺栓连接结构的刚度。识别后的连接刚度参数可以有效体现舱段连接的动力学特征,模态计算结果与试验结果的误差在工程合理范围内,可以用于指导航天结构的动特性设计。

关键词：螺栓连接刚度辨识神经网络模型

一种航空发动机整机振动模型支承刚度的辨识方法

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振动工程学报 2019年第3期32卷 490-500页

作者：屈美娇陈果南京航空航天大学民航学院

提出了一种航空发动机整机振动模型支承刚度识别的方法。首先,建立航空发动机整机动力学模型,将支承刚度和安装节刚度视为待优化的连接刚度,然后通过有限元仿真计算,得到在不同连接刚度下各阶整机固有频率。以支持向量机构造从各支承刚... 详细信息

提出了一种航空发动机整机振动模型支承刚度识别的方法。首先,建立航空发动机整机动力学模型,将支承刚度和安装节刚度视为待优化的连接刚度,然后通过有限元仿真计算,得到在不同连接刚度下各阶整机固有频率。以支持向量机构造从各支承刚度到各阶固有频率的回归函数。接下来,采用遗传算法进行目标优化,以整机真实固有频率(可通过模态试验获取)为基础,建立遗传算法适应度函数,利用实数编码,最终识别得到整机各处连接刚度。以带机匣的航空发动机转子试验器为算例进行方法验证,根据整机模态试验结果,进行了支承刚度和安装节刚度识别,结果表明了该方法的有效性。

关键词：航空发动机整机振动模型修正连接刚度刚度辨识

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机器人关节刚度辨识方法研究

机械设计与制造 2023年第12期394卷 293-296页

作者：兰孝健国凯孙杰山东大学机械工程学院山东济南250061

刚度作为工业机器人领域研究中的关键对象,对机器人在机械加工领域的应用有着重要影响,因此对其刚度进行精确辨识有深远意义。针对以往刚度辨识试验中存在的不足及未考虑到的问题,提出了一种较以往试验更为标准化且精确的试验方法,全面... 详细信息

刚度作为工业机器人领域研究中的关键对象,对机器人在机械加工领域的应用有着重要影响,因此对其刚度进行精确辨识有深远意义。针对以往刚度辨识试验中存在的不足及未考虑到的问题,提出了一种较以往试验更为标准化且精确的试验方法,全面考虑刚度辨识试验中多个影响因素,利用MATLAB软件优化试验设置与机器人位姿,在建立系统运动学DH参数模型及传统静刚度模型的基础上,完成对机器人刚度的识别计算。试验结果显示出优化后的方法有效提高了求解的刚度矩阵其准确性。

关键词：工业机器人刚度辨识有约束优化笛卡尔刚度矩阵

多姿态下的人体踝关节主被动刚度辨识与估计研究

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多姿态下的人体踝关节主被动刚度辨识与估计研究

作者：陈豫生华中科技大学

学位级别：硕士

踝关节作为人体与环境直接交互的典型关节,探明其在多种姿态及肌肉激活状态下的主被动刚度调节规律对于了解人体关节刚度调节机理至关重要。本文结合踝关节刚度研究的国内外研究现状,围绕不同姿态下踝关节的主被动刚度变化规律,以及高... 详细信息

踝关节作为人体与环境直接交互的典型关节,探明其在多种姿态及肌肉激活状态下的主被动刚度调节规律对于了解人体关节刚度调节机理至关重要。本文结合踝关节刚度研究的国内外研究现状,围绕不同姿态下踝关节的主被动刚度变化规律,以及高效准确的踝关节刚度估计方法等问题,开展了多姿态下的人体踝关节主被动刚度辨识及估计研究。本文的主要内容包括:1)多姿态下的人体踝关节主被动刚度变化规律的探明。针对专用刚度测量装置研制困难、刚度难以测量等问题,本文应用商业化协作型机械臂及随机扰动生成算法实现了专用测量平台的功能代偿,结合刚度辨识理论基础,开展了人体踝关节多个姿态下肌肉静息及激活状态的刚度辨识实验,探明了七个典型姿态及三种肌肉激活下的踝关节主被动刚度调节规律。2)踝关节主被动刚度估计模型的建立。针对踝关节主被动刚度估计模型建模难和数据计算量庞大这一局限,本文基于骨骼肌刚度的产生机理,从肌肉层面建立了两种承载肌骨运动特征和结构统计规律的肌骨骼模型和统计学模型,降低了估计模型的建模难度和数据计算的复杂性,通过与第二章刚度辨识数据及基于刚度辨识数据训练而成的神经网络模型进行对比发现:三种模型的估计精度在89%到96%之间。3)人机刚度传递实验的开展。针对人机刚度表现差异性大的问题,本文借助导纳控制算法及第三章的估计模型提出了一种赋予机械关节拟人刚度特性的刚度传递方案。以人机刚度一致为导向,横向对比了生物关节刚度指导下的机械臂关节扭转和末端垂降过程中关节及末端的实际刚度误差,94%的最低执行精度验证了刚度传递方案的可行性和导纳控制策略的精确性。

关键词：踝关节刚度刚度辨识刚度估计主被动刚度姿态

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并联机构转动副滚动轴承静刚度参数辨识

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2014年第12期47卷 1101-1108页

作者：宋轶民程航孙涛李祺董罡李金和天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

以新型五自由度完全并联机构的一组滚动轴承支撑单元为研究对象,利用多体系统传递矩阵法、有限元法及实验法深入研究其静刚度预估问题,提出一种滚动轴承的静刚度参数辨识流程/方法.首先,将滚动轴承支撑单元等效为多柔体系统,借助传递矩... 详细信息

以新型五自由度完全并联机构的一组滚动轴承支撑单元为研究对象,利用多体系统传递矩阵法、有限元法及实验法深入研究其静刚度预估问题,提出一种滚动轴承的静刚度参数辨识流程/方法.首先,将滚动轴承支撑单元等效为多柔体系统,借助传递矩阵法建立其静刚度参数与结构模态参数间的映射关系;其次,借助实验模态分析法确定滚动轴承支撑单元的固有特性,通过比对系统固有频率和振型,确定滚动轴承支撑单元的静刚度参数;最后,将辨识出的静刚度参数代入滚动轴承支撑单元有限元分析模型,将仿真结果与实验结果相比较,以验证静刚度辨识方法的有效性.研究表明,这种滚动轴承静刚度参数辨识方法精度较高,为含转动副并/混联构型装备的静刚度优化设计提供了理论依据.

关键词：并联机构滚动轴承刚度辨识传递矩阵法实验模态分析有限元

串联半物理仿真机构的刚度辨识与时滞误差补偿

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空间控制技术与应用 2020年第4期46卷 34-43页

作者：沈铭锦何俊李茂雄上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

空间操作半物理仿真系统是在地面模拟太空环境验证空间技术有效性的常用方法之一,但是系统内存在不可避免的时间滞后会出现结果失真和能量发散的现象。针对串联半物理仿真机构系统失真问题,从力测量系统滞后和控制系统的动态响应延迟两... 详细信息

空间操作半物理仿真系统是在地面模拟太空环境验证空间技术有效性的常用方法之一,但是系统内存在不可避免的时间滞后会出现结果失真和能量发散的现象。针对串联半物理仿真机构系统失真问题,从力测量系统滞后和控制系统的动态响应延迟两个方面出发,建立了空间碰撞的动力学模型和基于刚度辨识的力补偿模型,提出了基于测量力方向投影辨识碰撞方向和接触刚度的补偿算法,将对测量力的补偿转化为串联半物理仿真机构的位置控制补偿。串联半物理仿真机构的单自由度碰撞进行数字仿真,验证了该力补偿方法的可行性,提高了半物理仿真的复现精度。该方法从力产生的原因出发建立补偿模型,为深入研究空间操作半物理仿真系统失真问题提供了一种新的思路。

关键词：半物理仿真失真滞后刚度辨识补偿

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一种基于模态测量的机器人关节刚度辨识方法

机械设计与研究 2020年第5期36卷 24-28页

作者：李嵚周勇李卫东武汉理工大学物流工程学院湖北武汉430063

研究了KUKA-KR60机器人的关节传动结构,提出了一种基于模态测量的机器人关节刚度辨识方法。通过建立等效关节刚度模型,采用力锤模态实验获取机器人的单关节扭转振动固有频率和振型,借助ADAMS软件建立机器人虚拟样机,调整关节刚度并进行... 详细信息

研究了KUKA-KR60机器人的关节传动结构,提出了一种基于模态测量的机器人关节刚度辨识方法。通过建立等效关节刚度模型,采用力锤模态实验获取机器人的单关节扭转振动固有频率和振型,借助ADAMS软件建立机器人虚拟样机,调整关节刚度并进行模态分析以得到与实验结果一致的固有频率和振型,从而以动态测量的方式,实现机器人关节刚度的辨识,更加准确地反映机器人关节动力学特性并降低试验成本;同时,所得到的固有频率和振型可用于机器人工作过程中的动态特性分析。

关键词：工业机器人模态实验刚度辨识 ADAMS

轴向磁悬浮轴承刚度辨识及高刚度控制方法研究

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轴向磁悬浮轴承刚度辨识及高刚度控制方法研究

作者：李婧熠南京航空航天大学

学位级别：硕士

磁悬浮轴承因无机械接触、无摩擦、无磨损、高效率、低噪音等优点,在旋转机械领域得到广泛的应用,其系统刚度可调的特点为机械加工中的高精度要求提供保障。然而,磁悬浮轴承刚度通常情况下低于一般机械轴承。为了提高系统的性能和高速... 详细信息

磁悬浮轴承因无机械接触、无摩擦、无磨损、高效率、低噪音等优点,在旋转机械领域得到广泛的应用,其系统刚度可调的特点为机械加工中的高精度要求提供保障。然而,磁悬浮轴承刚度通常情况下低于一般机械轴承。为了提高系统的性能和高速旋转机械的精度,本文以轴向磁悬浮轴承为对象,研究刚度的辨识方法,以及有效的控制方法来提高轴承刚度,具体开展了以下几个工作:首先,将轴向磁悬浮轴承转化为单自由度磁悬浮轴承系统,分别进行电磁力、位移传感器和功率放大器的建模;根据轴向磁悬浮轴承支承特性的定义,进行动力学分析得到PID控制律下的支承特性表达式;分析电控系统中控制器、传感器、功率放大器各参数以及偏置电流对等效刚度与等效阻尼的影响趋势。由于磁悬浮转子系统的支承特性受多方面影响,仅从建模的角度难以准确求取系统参数,所以本文从刚度阻尼的物理定义入手,结合遗传算法的全局优化能力、自组织、自适应和自学习性、并行性等优点,研究基于遗传算法的支承特性辨识方法。通过模型仿真得到,激振频率在10～230Hz范围的理论刚度阻尼值和辨识的刚度阻尼值可以较好地吻合,误差在2%的理想范围内。然后,为了提高轴向磁悬浮轴承支承刚度,提出一种通过主动调节输入参考位置来补偿转子在磁悬浮轴承系统中不平衡的方法-自适应振动控制。分别进行PID控制和自适应振动控制的仿真,分析得到的理论刚度阻尼值和辨识的刚度阻尼值可知,自适应振动控制下的等效刚度大于PID控制下等效刚度的2.5倍。最后,基于d SPACE建立提高轴向磁悬浮轴承刚度的控制平台;在转子静态悬浮的情况下,分别进行PID控制和自适应振动控制试验,在使用激振器对转子轴向施加正弦信号的激励的情况下,采集转子位移响应信号、力传感器信号及加速度信号,辨识出轴向磁悬浮轴承的刚度和阻尼。可得,等效刚度随着激振频率的增加而提高;与PID控制下的等效刚度值相比,自适应振动控制后的等效刚度大约提高了8%,验证了自适应振动的控制方法是可以提高磁悬浮轴承刚度的。

关键词：磁悬浮轴承刚度辨识遗传算法支承特性自适应振动