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机械工程学报 2010年第3期46卷 8-16页

作者：李辉朱文白中国科学院国家天文台北京100012

对柔索牵引并联机构的静刚度进行分析,推导静刚度的一般理论计算公式。结果表明,柔索牵引并联机构的静刚度矩阵可分解为两项:k1是动平台位姿变化产生的静刚度,与索张力相关;k2是索的位形变化产生的静刚度。柔索牵引的完全约束定位机构(C... 详细信息

对柔索牵引并联机构的静刚度进行分析,推导静刚度的一般理论计算公式。结果表明,柔索牵引并联机构的静刚度矩阵可分解为两项:k1是动平台位姿变化产生的静刚度,与索张力相关;k2是索的位形变化产生的静刚度。柔索牵引的完全约束定位机构(Completely restrained positioning mechanism,CRPM)或过约束定位机构(Redundantly restrained positioning mechanism,RRPM),其静刚度主要取决于k2,仅与索的弹性性能和索力作用的雅可比矩阵相关,而与索张力的大小无关。对于柔索牵引的欠约束定位机构(Incompletely restrained positioning mechanism,IRPM),由于柔索悬链线的影响,其静刚度不仅与索的弹性性能和雅可比矩阵相关,而且与索张力的大小有关。通过一平面3自由度RRPM的算例和代表IRPM的500m口径球面射电望远镜馈源悬索支撑系统的静刚度比较分析,证明了关于静刚度理论计算模型的有效性。

关键词：柔索牵引并联机构静刚度 500m口径球面射电望远镜

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基于索力优化的FAST柔索牵引并联机构的静力学分析

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工程力学 2011年第4期28卷 185-193,207页

作者：李辉朱文白潘高峰中国科学院国家天文台北京100012

FAST望远镜的馈源支撑是一个跨度巨大的柔索牵引并联机构,其中可承载用于收集射电波信号的馈源接收机的馈源舱由六根并联的支撑钢索悬挂于空中,并随着6索的协调收/放可在空中大范围缓慢运动。由于支撑钢索的截面尺寸较大,在机构平衡状... 详细信息

FAST望远镜的馈源支撑是一个跨度巨大的柔索牵引并联机构,其中可承载用于收集射电波信号的馈源接收机的馈源舱由六根并联的支撑钢索悬挂于空中,并随着6索的协调收/放可在空中大范围缓慢运动。由于支撑钢索的截面尺寸较大,在机构平衡状态下其自重不能忽略。其中一部分钢索还需要悬挂入舱的动力电缆和通讯光缆,因此馈源舱运动范围、馈源舱姿态、各索的张力和索的几何构形均存在着复杂的耦合关系。该文建立了支撑钢索和馈源舱的静力平衡方程,通过引入各索张力均衡分配的优化原则,对舱静力平衡方程进行了优化求解,并获得了各索张力和馈源舱姿态角在轨迹球冠面内的优化计算结果。从各索张力的优化计算结果可推导出各索张力的最大值、最小值和变化趋势。基于馈源舱姿态角的优化计算结果,并结合馈源接收机在焦点位置所必须达到的姿态角控制要求,估算了舱内的AB转轴机构所需要的最小姿态角补偿范围。该文最后分析了支撑塔高度和馈源舱的重心位置对于索张力和馈源舱姿态角在轨迹球冠面内的优化分布计算结果的影响。分析结果表明最大索张力对于支撑塔高度较为敏感且成反比,而舱姿态角对馈源舱的重心位置较为敏感。这两项重要参数均应在未来FAST的设计中进行优化。

关键词： FAST望远镜柔索牵引并联机构静力学分析索悬链线索力优化

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一种完全约束柔索牵引并联机构工作空间和尺度综合方法研究

一种完全约束柔索牵引并联机构工作空间和尺度综合方法研究

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作者：陈玉光中国民航大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展,截止到2020年底,我国民航飞机数量已经达到6747架,机场旅客吞吐量累计4.2亿人次,并且这些数量还有增加的趋势。随着民航飞机数量的增加,急需一种能快速、便捷检查飞机蒙皮的装备。本文针对飞机蒙皮检查的实际需... 详细信息

随着我国经济的快速发展,截止到2020年底,我国民航飞机数量已经达到6747架,机场旅客吞吐量累计4.2亿人次,并且这些数量还有增加的趋势。随着民航飞机数量的增加,急需一种能快速、便捷检查飞机蒙皮的装备。本文针对飞机蒙皮检查的实际需求,设计了一种基于CRPM4-3T型并联机构的飞机上表面蒙皮检查系统。完成的主要工作如下:设计了一种基于CRPM4-3T型并联机构的飞机上表面蒙皮检查系统,该系统由CRPM4-3T型并联机构、云台和摄像机等部分组成。针对CRPM4-3T型并联机构进行了运动学分析,推导了机构的运动学位置逆解方程和速度逆解方程。通过运动学仿真,验证了运动学模型的正确性。研究了CRPM4-3T型并联机构索力分配方法。因该机构索力解不唯一,通过建立力平衡方程,将索力分配问题转化为非齐次线性方程组通解因子的取值问题。提出关于通解因子的两种分配策略,并对其进行比较分析,得出索力方差最小分配策略在索力波动性和连续性方面性能更优。基于矢量封闭原理对CRPM4-3T型并联机构的工作空间进行了求解,分析了动平台载荷对工作空间的影响规律。建立了CRPM4-3T型并联机构的静刚度模型,研究表明索力刚度在总体刚度中处于主导地位。对机构在工作空间内沿X、Y、Z三个方向上的平动刚度进行了对比分析,确定沿Z轴方向的刚度性能制约了整体机构的刚度性能。研究了工作空间体积大小、刚度均值指标和刚度标准差指标在不同的绳索布置方式和检测半径比下的变化规律。使用理想点法,对机构进行了多目标尺度综合,计算出了最优尺度参数。建立了刚度数值评价指标和刚度波动评价指标,选取了不同的加权系数对处于工作空间内不同位置点时的机构进行了混合评价。

关键词：柔索牵引并联机构索力分配工作空间静刚度尺度综合方法分析

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高速柔索牵引摄像机器人动力工作空间研究

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工程力学 2013年第11期30卷 245-250页

作者：于亮亮仇原鹰苏宇西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室西安710071

首先,提出了一种基于最小二范数的高速柔索牵引摄像机器人的索力快速优化算法;其次,基于集合理论得到了动力工作空间的一致求解策略;进而,仿真计算了给定结构参数下的机器人动力工作空间,并结合机器人沿工作空间顶面特定曲线运行时索长... 详细信息

首先,提出了一种基于最小二范数的高速柔索牵引摄像机器人的索力快速优化算法;其次,基于集合理论得到了动力工作空间的一致求解策略;进而,仿真计算了给定结构参数下的机器人动力工作空间,并结合机器人沿工作空间顶面特定曲线运行时索长及索力的变化规律,对工作空间顶面形成的原因进行了分析;最后,借助工作空间底面剖视图研究了机器人工作空间底面的可达区域与支撑杆高度的影响关系,得出合理选取支撑杆高度的依据。

关键词：并联机器人柔索牵引并联机构摄像机器人工作空间索力求解

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四索牵引摄像机器人稳定性分析

四索牵引摄像机器人稳定性分析

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作者：杨健西安电子科技大学

学位级别：硕士

柔索牵引摄像机器人可在跨度250米左右的运动场上空“飞行”,风荷干扰、频繁变速、快速启停的惯性冲击等因素易造成摄像机平台晃动,导致图像模糊。因而在稳定性能方面,摄像机器人比其他柔索牵引并联机器人面临更加严峻的挑战。但是目前... 详细信息

柔索牵引摄像机器人可在跨度250米左右的运动场上空“飞行”,风荷干扰、频繁变速、快速启停的惯性冲击等因素易造成摄像机平台晃动,导致图像模糊。因而在稳定性能方面,摄像机器人比其他柔索牵引并联机器人面临更加严峻的挑战。但是目前国内还缺乏描述柔索牵引摄像机器人稳定性能的定性和定量指标。本文旨在参考其他系统稳定性能分析的基础上,提出用于衡量柔索牵引摄像机器人稳定性能的指标,以期能够尝试柔索牵引摄像机器人系统的多环节稳定性增强技术,以保证摄像机在环境因素干扰和频繁启停折返的条件下成功完成拍摄工作。首先,基于矢量理论和求导的方法,建立了一般柔索牵引并联机器人的运动学模型。结合四索牵引摄像机器人系统的结构特点,得到了该摄像机器人运动学的简化模型。利用解析方法,分析了位置逆解、速度逆解和加速度逆解,采用圆锥螺旋线轨迹对运动学逆解进行了模拟仿真。其次,建立了四索牵引摄像机器人的动力学模型,利用动力学方程反向求解索力,将冗余索力问题转化为凸规划问题。采用不同目标函数对冗余索力进行了优化求解,比较了各种方法的优劣,从改善系统刚度性能,提高系统稳定性角度出发,选择了索力方差最小作为最终优化求解策略。之后,给出了四索牵引摄像机器人工作空间的定义。分析了柔索牵引机器人系统与无摩擦固定点接触抓取系统的相似性,将力封闭抓取的凸条件引入到柔索牵引并联机器人系统力螺旋封闭的判定中。利用矢量封闭原理通过降维的方法给出工作空间求解的一致策略。通过对理论模型的数值仿真,探讨了末端执行器的质量和柔索的最大许用拉力这两个结构性因素对工作空间的影响,为四索牵引摄像机器人的结构设计提供了理论参考。最后,借鉴其他系统的稳定性分析方法,本文给出了最小索力和静刚度矩阵最小奇异值这两个衡量四索牵引摄像机器人稳定性能的原始指标,并分别运用这两个原始指标对整个工作空间的稳定性能加以仿真分析,据此探讨了两者的优缺点。利用原始指标采用归一化方法和加权处理得到了衡量摄像机器人稳定性能的综合指标稳定度,分析了不同的加权系数对稳定度指标的影响,选取了合理的加权系数。并依此指标求出了四索牵引摄像机器人的稳定工作空间。为增强摄像机器人多环节的稳定性,保证其在复杂条件下完成拍摄工作提供一定的理论参考。

关键词：柔索牵引并联机构摄像机器人稳定性指标稳定性分析

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