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基于张拉整体结构的仿生腿式机器人设计

机器人 2023年第3期45卷 302-312页

作者：孙建伟李维佳褚金奎长春工业大学机电工程学院吉林长春130012 吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130022 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

为提高传统仿生腿式机器人的适应性并简化控制系统,提出了一种基于张拉整体结构的仿生腿式机器人。根据人体腿部的生理结构和运动机理,建立腿部的Snelson X形张拉整体结构等效模型,并通过结构稳定性分析和运动学分析给出了结构刚度匹配... 详细信息

为提高传统仿生腿式机器人的适应性并简化控制系统,提出了一种基于张拉整体结构的仿生腿式机器人。根据人体腿部的生理结构和运动机理,建立腿部的Snelson X形张拉整体结构等效模型,并通过结构稳定性分析和运动学分析给出了结构刚度匹配方法。通过将旋转和平移运动分离来实现膝关节旋转中心的移动,利用平面四杆机构的死点实现机器人站立时膝关节的锁定;然后通过曲柄滑块机构和位移放大机构实现联动解锁,从而实现人腿行走过程中膝关节的刚-柔转换。最后通过单个电机驱动仿生腿式机器人进行物理样机测试,验证所提结构的有效性和实用性。

关键词：腿式机器人张拉整体结构仿生膝关节自适应结构平面四杆机构

基于改进粒子群算法的取件机械手轨迹综合优化设计

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东北大学学报（自然科学版） 2018年第11期39卷 1636-1641页

作者：黄裘俊张凯宋锦春于忠亮东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 沈阳化工大学装备可靠性研究所辽宁沈阳110142

为优化取件机械手进入模具时的运动轨迹,提出了二次拉格朗日插值粒子群算法(QLIPSO),此算法引入了二次拉格朗日插值局部搜索的方法,能够扩大搜索空间,避免局部收敛发生早熟,有效提高收敛精度.对比研究了典型粒子群算法(PSO)和几种改进... 详细信息

为优化取件机械手进入模具时的运动轨迹,提出了二次拉格朗日插值粒子群算法(QLIPSO),此算法引入了二次拉格朗日插值局部搜索的方法,能够扩大搜索空间,避免局部收敛发生早熟,有效提高收敛精度.对比研究了典型粒子群算法(PSO)和几种改进型粒子群算法对取件机械手结构优化的设计效果.数值实验表明,QLIPSO算法具有最快的收敛速度,并且能够获得更好的优化结果.经该方法优化设计后,机械手在进入模具阶段的运动轨迹,与未优化前相比,直线度误差减少了98. 06%,说明该方法能够有效优化取件机械手,获得更精确的运动轨迹.

关键词：取件机械手平面四杆机构结构优化轨迹综合粒子群算法

基于小波特征参数的平面四杆机构轨迹综合方法

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机械工程学报 2019年第9期55卷 18-28页

作者：刘文瑞孙建伟褚金奎长春工业大学机电工程学院长春130012 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 大连理工大学机械工程学院大连116024

小波分解可以在不同尺度下对函数曲线的特征进行提取,基于该理论,首先,对平面四杆机构连杆轨迹曲线进行小波分解,利用归一化处理方法提取轨迹曲线的小波特征参数,给出了平面四杆机构连杆轨迹曲线的小波特征参数近似描述方法。进而结合... 详细信息

小波分解可以在不同尺度下对函数曲线的特征进行提取,基于该理论,首先,对平面四杆机构连杆轨迹曲线进行小波分解,利用归一化处理方法提取轨迹曲线的小波特征参数,给出了平面四杆机构连杆轨迹曲线的小波特征参数近似描述方法。进而结合数值图谱法,将11维非整周期轨迹综合问题转换为6维机构尺寸型检索问题,同时建立包含3 004 281 900组平面四杆机构的机构尺寸型数据库。根据轨迹曲线小波特征参数的特点,利用多维搜索树,将各相对转动区间内的机构尺寸型进行分区,建立索引关键字数据库。从而通过比较给定轨迹曲线小波特征参数与索引关键字,查找并提取目标机构所在叶子结点中机构尺寸型的小波特征参数,建立自适应图谱库。在此基础上,根据给定设计要求的小波特征参数与自适应图谱库中的小波特征参数的相似程度,检索出满足设计要求的机构尺寸型。再根据理论公式计算目标机构的实际尺寸及安装位置,实现平面四杆机构非预定相对转动区间轨迹综合问题的求解。最后,利用小波特征参数法对滚压包边设备的滚轮进给机构进行设计,验证本方法实用性和有效性的同时,为传统滚压包边提供新的思路。

关键词：小波特征参数平面四杆机构多维搜索树自适应图谱库非整周期轨迹综合

平面四杆机构运动轨迹多目标综合优化及误差仿真研究

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组合机床与自动化加工技术 2017年第9期 55-58页

作者：王琦何仁镇江高等专科学校汽车工程学院江苏镇江212003 江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

针对平面四杆机构运动轨迹所产生的误差较大问题,引用改进差分进化算法对平面四杆机构运动轨迹误差进行优化。构造平面四杆机构运动简图,分析四杆机构变量参数。通过欧几里得距离误差函数推导出优化目标函数,采用改进差分进化算法对四... 详细信息

针对平面四杆机构运动轨迹所产生的误差较大问题,引用改进差分进化算法对平面四杆机构运动轨迹误差进行优化。构造平面四杆机构运动简图,分析四杆机构变量参数。通过欧几里得距离误差函数推导出优化目标函数,采用改进差分进化算法对四杆机构约束条件进行多目标综合优化。结合具体实例,将优化后结果输入到Matlab软件进行误差仿真,并且与优化前误差仿真结果进行对比和分析。仿真结果表明:优化前,四杆机构运动轨迹所产生的横向和纵向误差峰值分别为0.25cm和0.19cm,优化后,四杆机构运动轨迹所产生的横向和纵向误差峰值分别为0.17cm和0.13cm,横向和纵向误差峰值分别降低了32.0%和31.6%。采用改进差分进化算法优化四杆机构运动轨迹,可以降低四杆机构运动轨迹产生的误差。

关键词：平面四杆机构改进差分进化运动轨迹多目标优化

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旋转多臂提综机构运动精度综合分析

机电工程 2022年第12期39卷 1769-1775页

作者：张港赵世海袁汝旺天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

为了提高旋转多臂提综机构的运动精度及其工作的稳定性,建立了考虑尺寸误差和运动副间隙的旋转多臂提综机构各部分的运动精度误差模型,并对其进行了仿真分析。首先,基于机构工作原理,结合连续接触模型,建立了考虑尺寸误差和运动副间隙... 详细信息

为了提高旋转多臂提综机构的运动精度及其工作的稳定性,建立了考虑尺寸误差和运动副间隙的旋转多臂提综机构各部分的运动精度误差模型,并对其进行了仿真分析。首先,基于机构工作原理,结合连续接触模型,建立了考虑尺寸误差和运动副间隙的共轭凸轮变速机构和平面四杆机构,及其串联而成的旋转多臂提综机构的运动精度误差模型;然后,运用MATLAB对机构进行了数值计算和运动仿真,并分析了共轭凸轮变速机构和平面四杆机构对旋转多臂提综机构运动精度的影响;最后,采用减小运动副间隙值的方法,提高了旋转多臂提综机构的输出精度。研究结果表明:运动偏差在角速度和角加速度极值附近达到最大;共轭凸轮变速机构对提综机构输出精度的影响大于平面四杆机构,且两机构的运动误差对输出精度影响具有一定累积作用;将运动副间隙减小0.02mm后,提综臂角位移、角速度和角加速度最大偏差分别减小10.26%、15.54%、27.75%;该研究结果可为后续对旋转多臂提综机构的运动精度分析提供理论参考。

关键词：旋转多臂提综机构连续接触模型机构输出误差运动副间隙共轭凸轮变速机构平面四杆机构提综臂运动精度

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基于位姿特征圆的四杆机构刚体导引综合研究

基于位姿特征圆的四杆机构刚体导引综合研究

作者：司浩天长春工业大学

学位级别：硕士

连杆机构具有结构紧凑、制造简单、输出运动类型复杂多样等优点,在医疗、工业、航空航天等诸多领域有着广阔的应用前景。多位置设计要求的刚体导引综合问题是连杆机构尺度综合的研究难点之一。针对该问题,国内外学者进行了大量的研究,... 详细信息

连杆机构具有结构紧凑、制造简单、输出运动类型复杂多样等优点,在医疗、工业、航空航天等诸多领域有着广阔的应用前景。多位置设计要求的刚体导引综合问题是连杆机构尺度综合的研究难点之一。针对该问题,国内外学者进行了大量的研究,并提出了多种有效的方法,其中近似综合法应用最为广泛。然而,对于实际工程应用中更具一般性的非预定时标设计要求的尺度综合问题,利用现有近似综合法求解时,往往需要将给定刚体标线的机构输入时标作为设计变量与机构尺寸参数进行同步优化。随着给定刚体标线数量的增加,优化变量也增加。多维变量全局优化的有效求解十分困难。因此,利用现有近似综合法求解多位置、非预定时标设计要求的连杆机构尺度综合问题时,优化算法的收敛性以及设计结果的稳定性难以保证。针对该问题,本文提出了基于位姿特征圆的四杆机构刚体导引综合方法,从而实现了平面四杆机构和球面四杆机构多位置、非预定时标设计要求刚体导引综合问题的求解。首先,通过研究平面和球面四杆刚体导引机构在标准安装位置的输出函数,建立了四杆机构统一的数学模型。给出了标准安装位置的四杆机构刚体标线的预处理方法。利用该方法对平面和球面四杆机构进行处理,所得位姿特征曲线的形状均为圆弧。进而,通过分析位姿特征曲线的形成机理,发现了位姿特征圆上相邻特征点对应圆心角与机构连杆转角的内在联系,从而提出了基于位姿特征曲线的标准安装位置刚体导引机构的时标补充方法。在此基础上,分析了机架安装参数变化对位姿特征曲线的影响,提出了位姿特征曲线结构参数的提取方法。并将时标补充方法推广到一般安装位置的连杆机构尺度综合中。其次,建立了刚体标线输入时标的优化目标函数。对于平面四杆机构,优化变量为2维机构相对输入角;对于球面四杆机构,优化变量为2维机构安装角度参数和2维机构相对输入角。由于优化变量的维度较低,利用建立的优化目标函数,可以快速搜索到近似全局最优解,从而实现了一般安装位置的平面和球面四杆机构输出刚体标线的时标补充。利用补充的时标可将非预定时标设计要求的连杆机构刚体导引综合问题转化为预定时标设计要求的刚体导引综合问题,借助数值图谱法和近似综合法,实现了非预定时标设计要求的平面和球面四杆机构刚体导引综合问题的求解。最后,通过对比算例证明了提出方法的实用性和有效性。在理论研究的基础上,利用提出的方法对人体下肢运动康复设备的导引机构进行设计。

关键词：非预定时标平面四杆机构球面四杆机构刚体导引综合位姿特征圆

同方学位论文库评论

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平面四杆机构的运动分析

农业装备技术 2021年第6期47卷 58-59,61页

作者：欧康徐州经济技术开发区工业学校江苏徐州221121

平面四杆机构技术在国外已被应用多年,深入分析机构的运动对推动此项技术在国内的发展具有重要作用。机构设计过程中分析机构与仿真技术十分重要,现下社会对于连杆机构的分析比较多。在结构类型上较为固定的机构,已经出现多种研究成果,... 详细信息

平面四杆机构技术在国外已被应用多年,深入分析机构的运动对推动此项技术在国内的发展具有重要作用。机构设计过程中分析机构与仿真技术十分重要,现下社会对于连杆机构的分析比较多。在结构类型上较为固定的机构,已经出现多种研究成果,但对于机构综合问题上的研究,还需要进一步完善。

关键词：平面四杆机构运动分析杆组

平面四杆机构在舰载垂直发射装置舱口盖系统中的应用分析

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装备环境工程 2019年第5期16卷 13-17页

作者：刘永亮任克亮马旭轮张基明中国船舶重工集团公司第七一三研究所郑州450015

目的研究在舰载垂直发射装置舱口盖系统中设计平面四杆机构的方案的可行性与可靠性。方法提出舱口盖开盖系统设计方案,建立平面四杆机构开盖模型,进行理论分析与计算,建立ADAMS动力学仿真模型,对曲柄摇杆机构进行仿真分析,并与理论计算... 详细信息

目的研究在舰载垂直发射装置舱口盖系统中设计平面四杆机构的方案的可行性与可靠性。方法提出舱口盖开盖系统设计方案,建立平面四杆机构开盖模型,进行理论分析与计算,建立ADAMS动力学仿真模型,对曲柄摇杆机构进行仿真分析,并与理论计算值进行对比。进行30～90kg负载试验,计算舱口盖开盖的角度和时间。结果舱口盖开盖解锁机构各构件的长度及电机的开盖扭矩应不小于569 N·m,转速应小于10 r/min。电机的开盖扭矩值应不小于509 N·m,复核复算结果基本一致。舱口盖开盖的角度应大于93°,开盖时间为2.8 s,满足要求。结论验证了方案的可行性,为其他垂直发射装置的舱口盖设计提供了工程经验。

关键词：平面四杆机构舱口盖开盖系统舱口盖开盖解锁机构曲柄摇杆机构舰载垂直发射装置

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平面四杆机构可视化轨迹综合

平面四杆机构可视化轨迹综合

作者：涂杰文集美大学

学位级别：硕士

平面四杆机构是最常用的一类机构,具有结构比较简单、制造相对容易、承载能力较大以及维修方便等优点,在实际生产生活中得到广泛应用。平面四杆机构的轨迹综合问题,是平面四杆机构应用中经常碰到的一类问题。随着计算机技术的迅速发展,... 详细信息

平面四杆机构是最常用的一类机构,具有结构比较简单、制造相对容易、承载能力较大以及维修方便等优点,在实际生产生活中得到广泛应用。平面四杆机构的轨迹综合问题,是平面四杆机构应用中经常碰到的一类问题。随着计算机技术的迅速发展,出现了以计算机为工具的可视化轨迹综合方法,为机构轨迹综合特别是四连杆机构轨迹综合提供了新方法,也为机构创新设计提供了新的研究思路。本文以平面四连杆机构为对象,研究了如何用可视化技术实现可视化轨迹综合问题,研究工作主要包括:可视化轨迹综合方法的理论和技术实现两部分。对可视化轨迹综合方法理论的研究,首先通过对机构参数对连杆曲线形态影响的分析,并定义了两轨迹曲线之间的轨迹误差;其次,对轨迹曲线参数化和归一化处理,得到轨迹曲线上等弧长分布点的坐标,以及通过确定基点位置将等弧长分布点进行排序,得到计算轨迹曲线误差的对应点及其坐标;最后,建立了连杆轨迹与预期轨迹轨迹误差计算的数学模型,得到轨迹误差关于平移坐标、旋转角度、缩放比例系数等参数的轨迹误差表达式,并通过多元函数求极值的方法,得到连杆轨迹与预期轨迹轨迹误差的计算式。可视化轨迹综合方法的技术实现的研究,利用计算机可视化化技术研究了轨迹误差的可视化表达方式。建立了三种表达方式,即轨迹误差云图、等值线图与轨迹线图,将连杆轨迹与预期轨迹的轨迹误差可视化。为了实现可视化轨迹综合,以计算机高级语言为工具,研究开发了相应的应用系统。系统以轨迹误差的计算和可视化表达为核心,既实现可视化轨迹综合功能,又包括了机构及轨迹的显示、机构的运动仿真等功能。本文还研究了复合形法进行轨迹综合遇到的问题,以及利用可视化轨迹综合方法解决复合形法综合结果可能是非最优解问题,这也就是利用可视化轨迹综合方法对已有机构的进一步优化综合问题。

关键词：平面四杆机构轨迹综合轨迹误差可视化