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平行四连杆式重载转运机器人机构设计与运动分析

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2022年第5期39卷 606-618页

作者：张静王东宝武广平郭宏伟刘荣强太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 哈尔滨工业大学机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨150001

重载转运机器人被广泛用于汽车生产和机械制造等行业,可显著提高生产效率。为满足大型坯料转运需求,本文提出一种平行四连杆式四自由度转运机器人构型设计方案。雅可比矩阵是指从关节速度到转移机器人操作空间速度的映射矩阵,可以用微... 详细信息

重载转运机器人被广泛用于汽车生产和机械制造等行业,可显著提高生产效率。为满足大型坯料转运需求,本文提出一种平行四连杆式四自由度转运机器人构型设计方案。雅可比矩阵是指从关节速度到转移机器人操作空间速度的映射矩阵,可以用微分矢量法求解。将雅克比矩阵条件数在工作空间内的均值作为机器人速度全域性能指标,并以速度全域性能指标为优化目标。然后,以机器人实际工况为约束条件,开展杆件长度优化,并获得最小的杆件总长度和全域速度性能指标数,优化前后,机器人杆件长度总和减少6.12%,全域速度性能提升45.15%。以优化后的杆件尺寸作为机构参数,通过仿真分析获得转运机器人的运动空间分布。最后,结果表明,所提的少自由度雅克比矩阵建立方法和基于速度全域性能指标的杆件优化准确、有效,机器人的工作空间分布满足设计要求。

关键词：参数优化运动分析机构设计转运机器人重载

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川芎苓种扦插装备关键机构运动分析与试验

中国农机化学报 2023年第11期44卷 32-37页

作者：杨涛张梅李晓晓李佳航凌宁马伟成都农业科技职业学院机电信息学院成都市611130 成都大学机械工程学院成都市610106 中国农业科学院都市农业研究所成都市610213

针对川芎扦插人工成本较高、效率低等问题,设计一种鸭嘴式川芎扦插装备。该装备主要由扦插机构、覆土机构等构成,能够一次性完成4行苓种扦插、覆土等作业。建立鸭嘴式栽植器仿真模型,分析其运动轨迹,探讨满足农艺要求的适合投苗点,依据... 详细信息

针对川芎扦插人工成本较高、效率低等问题,设计一种鸭嘴式川芎扦插装备。该装备主要由扦插机构、覆土机构等构成,能够一次性完成4行苓种扦插、覆土等作业。建立鸭嘴式栽植器仿真模型,分析其运动轨迹,探讨满足农艺要求的适合投苗点,依据破土面积较小、直立度较好等原则,结合“零速投苗原理”确立鸭嘴端点的运动轨迹与相关的技术参数,通过现场试验验证倒插率、漏插率、重插率、倒伏率、伤苗率、未填埋率等关键性能指标均小于5%,能够较好地满足川芎扦插农艺要求。

关键词：川芎扦插移栽吊篮鸭嘴式栽植器运动分析

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刚性折纸机构运动分析及折叠过程仿真

吉林大学学报（工学版） 2020年第1期50卷 66-76页

作者：郭震于红英滑忠鑫赵娣哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

为了分析刚性折纸机构的运动特性,研究了不同构型的折叠过程,建立了刚性折纸机构运动学模型并分析了典型构型的折叠构态。首先,建立单顶点刚性折纸机构各折痕转角之间的关系方程,推导出未知折痕转角的显式表达式,并通过方程解的互验排... 详细信息

为了分析刚性折纸机构的运动特性,研究了不同构型的折叠过程,建立了刚性折纸机构运动学模型并分析了典型构型的折叠构态。首先,建立单顶点刚性折纸机构各折痕转角之间的关系方程,推导出未知折痕转角的显式表达式,并通过方程解的互验排除干扰解,得到任意折叠构态实际折痕转角;其次,通过旋转变换矩阵,计算任意折叠构态下顶点实时位置坐标;再次,将三角面片对相交判断算法应用到刚性折纸机构干涉判断上,检测折叠过程中的干涉情况;最后,建立折叠过程仿真平台,并分析典型刚性折纸机构的折叠过程。仿真分析结果与实际折叠过程一致,验证了刚性折纸机构运动分析方法的正确性以及仿真平台的适用性。

关键词：机械设计及理论刚性折纸机构运动分析干涉判断折叠过程仿真

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非圆截面变体头锥机构设计与运动仿真分析

宇航学报 2021年第7期42卷 830-838页

作者：吴祥兵赵杰亮北京理工大学机械与车辆学院北京100081

设计具有变形能力的飞行器结构,通过主动改变其气动外形是提高空天飞行器飞行能力和环境自适应性的有效途径。本文提出了一种可实现单侧弯曲与多级伸展变形的空天飞行器非圆截面变体头锥机构设计方法,可独立进行头锥的多级伸展及弯曲运... 详细信息

设计具有变形能力的飞行器结构,通过主动改变其气动外形是提高空天飞行器飞行能力和环境自适应性的有效途径。本文提出了一种可实现单侧弯曲与多级伸展变形的空天飞行器非圆截面变体头锥机构设计方法,可独立进行头锥的多级伸展及弯曲运动,实现变体形式多样化;通过在伸展机构级间设计锁定装置,保证了头锥变形的展开稳定性。结合飞行工况,计算了头锥伸展过程中所受载荷及所需驱动力。头锥伸展及弯曲运动仿真结果论证了方案的可行性。在给定驱动模式下头锥机构的轴向最大伸展位移与体长比为0.43,伸展弯曲比可达3.5。通过分析变形过程的位移、速度及加速度变化规律发现,所设计的变体头锥机构可实现较好的运动特性和运动平稳性。

关键词：空天飞行器变体头锥伸展机构载荷分析运动分析

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非工作状态下电液伺服机构运动分析

宇航学报 2019年第8期40卷 957-964页

作者：傅俊勇夏忠郭加利上海航天控制技术研究所上海201109 上海伺服系统工程技术研究中心上海201109

针对电液伺服机构安装到运载火箭后存在非工作状态下承受外力并产生被动运动的现状,分析伺服机构的受力情况并构建内部液体流动回路,研究非工作状态下伺服机构在外力作用时的运动特性。发现伺服阀零位特性以及伺服机构高压回路密封性能... 详细信息

针对电液伺服机构安装到运载火箭后存在非工作状态下承受外力并产生被动运动的现状,分析伺服机构的受力情况并构建内部液体流动回路,研究非工作状态下伺服机构在外力作用时的运动特性。发现伺服阀零位特性以及伺服机构高压回路密封性能是影响伺服机构非工作状态下运动特性的主要因素。在外力作用下发生运动时油缸某一侧往往处于抽真空状态。使用零位特性良好的伺服阀以及高压回路泄漏小的伺服机构,在外力作用下将处于双向不动或单向可动的状况。利用典型产品开展了物理试验,验证了结论的有效性。

关键词：电液伺服机构电液伺服阀推力矢量控制运载火箭运动分析

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基于离散元法的水田刀片抛浆运动分析与试验

福建农林大学学报（自然科学版） 2022年第6期51卷 850-856页

作者：陈重成任金波万家明郑书河福建农林大学机电工程学院福建福州350108

针对目前水田制浆刀片侧抛效果差的现状,根据南方水田的土壤参数,采用EDEM离散元软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型建立土壤—水—刀片耦合模型,并进行仿真分析.以刀片旋转速度、刀片工作幅宽、刀具作业高度为试验因素,以抛浆距离... 详细信息

针对目前水田制浆刀片侧抛效果差的现状,根据南方水田的土壤参数,采用EDEM离散元软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型建立土壤—水—刀片耦合模型,并进行仿真分析.以刀片旋转速度、刀片工作幅宽、刀具作业高度为试验因素,以抛浆距离与抛浆质量为目标开展Box-Benhnken design(BBD)中心组合试验,结果表明:(1)刀片工作幅宽、刀具作业高度、旋转速度对抛浆质量均有极显著影响,其中刀具作业高度与抛浆质量呈负相关,其余均呈正相关;刀片工作幅宽与旋转速度对抛浆距离有极显著影响,刀具高度对抛浆距离影响显著,且三因素与抛浆距离均呈正相关.(2)仿真试验表明水田刀片最优工作参数为:工作幅宽54.03 mm,刀片高度0.212 mm,旋转速度242.199 r·min^(-1),此时抛浆质量为13.618 kg,抛浆距离为277.97 mm.(3)台架试验结果表明最优工作参数下的试验抛浆质量为12.399 kg,抛浆距离为241.56 mm,台架与仿真试验的抛浆质量最大误差为9.48%,抛浆距离最大误差为13.10%.表明使用离散元仿真法模拟水田刀片抛浆过程具有可行性,使用质量加权平均法计算抛浆距离较为准确可靠.

关键词： EDEM仿真离散元水田制浆运动分析参数优化

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基于运动分析的虚拟康复训练系统设计研究

基于运动分析的虚拟康复训练系统设计研究

作者：顾小松山东大学

学位级别：硕士

在当前全球老龄化问题加剧的背景下，衰老、疾病或外伤导致的运动障碍问题逐渐得到重视。然而，目前的运动康复训练相关产品仍有许多问题，如训练枯燥乏味难以坚持，对于训练成果无法及时量化评估，缺乏针对性的自适应调节的训练系统等... 详细信息

在当前全球老龄化问题加剧的背景下，衰老、疾病或外伤导致的运动障碍问题逐渐得到重视。然而，目前的运动康复训练相关产品仍有许多问题，如训练枯燥乏味难以坚持，对于训练成果无法及时量化评估，缺乏针对性的自适应调节的训练系统等。随着科技的发展，虚拟现实在康复训练领域受到了重视，其本身的优势包括:提供丰富的感知觉刺激从而改善训练的趣味性，增强训练动力;实时获得训练数据和训练者肢体运动数据，提供了训练中评估、自适应调节的实施条件。然而目前大多数的虚拟现实康复训练设计还处在基础阶段，主要解决的是技术实现、应用等问题，缺乏对于其视听觉要素设计、人机交互问题等方面的设计。因此，本课题的主要研究目的是通过综合研究虚拟现实康复训练的特性，从用户体验的角度发现问题，从人机交互的角度研究虚拟现实中训练者的运动特性，从而实现自适应的训练策略调整，确立虚拟现实康复训练系统的设计框架。　　本课题旨在探讨基于虚拟现实的康复训练设计方法，具体包括以下五个方面的研究内容:（1）研究虚拟现实的康复训练相关方法、作用机理以及理论;（2）研究虚拟康复训练的用户需求，通过用户研究调研目标人群心理、生理、物质等方面，进行核心用户需求，并设计实验对虚拟现实康复训练过程中的生理指标、运动行为指标进行研究;（3）分析虚拟康复训练运动，针对不同运动控制水平，明确上肢康复训练的强度、动作的调整规律和方法;（4）研究虚拟现实康复训练设计方法，建立设计策略框架，为自适应虚拟现实康复训练设计研究提供支撑;（5）设计实践:设计虚拟康复训练平台，将之前研究得到的用户需求转换为设计元素，并配合实验分析建立的系列反馈调节框架共同导入虚拟康复训练的设计流程中，开展设计实践。　　本课题基于运动分析研究了自适应虚拟现实上肢康复训练系统的设计，从神经活动、运动表现、用户体验的角度探索了虚拟现实下，康复训练的视听觉设计、人机交互特征对于用户感知觉和运动表现上的影响，建立了虚拟现实康复训练系统设计框架，提出了自适应康复训练方法，并进行了设计实践和验证。课题研究改善了康复训练的效果，为虚拟现实技术在康复领域的应用提供理论基础和实践指导。

关键词：产品设计康复训练用户体验虚拟现实运动分析

玉米叶片物理建模与参数确定的运动学分析方法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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计算机辅助设计与图形学学报 2019年第5期31卷 718-725页

作者：肖伯祥秦洪北京市农林科学院北京农业信息技术研究中心北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心数字植物研究室北京100097 数字植物北京市重点实验室北京100097 Computer Science Department Stony Brook University

基于物理的方法是解决植物动态建模与仿真的有效途径,而模型参数的确定是基于物理方法所面临的重要问题.为实现基于生物物理属性特征的玉米叶片高精度、高真实感动态建模与仿真,提出一种基于运动学分析的玉米叶片物理建模与参数确定方法... 详细信息

基于物理的方法是解决植物动态建模与仿真的有效途径,而模型参数的确定是基于物理方法所面临的重要问题.为实现基于生物物理属性特征的玉米叶片高精度、高真实感动态建模与仿真,提出一种基于运动学分析的玉米叶片物理建模与参数确定方法.首先利用运动捕捉技术获取玉米叶片的运动数据;然后根据运动捕捉特征点构建基于质点-弹簧系统的物理模型;最后基于运动学分析建立物理模型参数解析方程组,利用最小二乘法计算物理模型的参数.以此参数构建物理模型实现玉米叶片的动态模拟,并给出2种模型构造方式的玉米叶片虚拟仿真.结果表明,该方法以一种数据驱动的机制有效估算出对应的物理模型参数,生成的玉米叶片动态虚拟仿真过程具有与实际情况较为接近的真实感效果,为虚拟植物建模与应用提供了一种可行的物理建模及参数确定方法.

关键词：物理建模参数确定运动捕捉运动分析玉米叶片植物仿真

一种流体驱动式管道机器人的结构设计与运动分析

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重庆理工大学学报:自然科学 2023年第9期37卷 322-331页

作者：施涛袁锐波邵禹然陈坤李想胡启明昆明理工大学机电工程学院昆明650504 光机电液系统集成与控制研究所昆明650504

基于流体力学理论和油气管道参数设计了一款模块化链式管道机器人,用于解决传统流体驱动式管道机器人周向体积庞大,摩擦阻力难于准确预测的问题。通过三维软件Solidworks建立机器人模型,依据机器人和管道几何形貌对管道机器人驱动力、... 详细信息

基于流体力学理论和油气管道参数设计了一款模块化链式管道机器人,用于解决传统流体驱动式管道机器人周向体积庞大,摩擦阻力难于准确预测的问题。通过三维软件Solidworks建立机器人模型,依据机器人和管道几何形貌对管道机器人驱动力、摩擦力变化规律进行了分析。新设计的管道机器人摩擦阻力可实时检测,最大摩擦力相对于传统皮碗接触支承式管道机器人减小40%,适用最低管道流速为4 m/s。以此为理论依据给出了机器人在管道内的速度控制方案。利用Ansys Workbench软件对机器人压差调节效果进行仿真。以现役油气管道和市政供水管道最大流速为条件,对机器人驱动单元中不同结构的密封皮碗最大承载压力变形情况进行了分析,得出边沿变曲率倾角皮碗相对于传统直板皮碗在抵抗受压变形和密封性能方面均有所提高,更适合管道机器人驱动单元和管壁之间的保压和密封。

关键词：结构设计摩擦阻力运动分析速度控制皮碗改进