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柔性脱粒齿杆与谷物含摩擦打击动力学模型

吉林大学学报（工学版） 2021年第3期51卷 1121-1130页

作者：钱震杰金诚谦袁文胜倪有亮张光跃农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

针对联合收割机脱粒过程,结合Lagrange乘子法和多体系统刚柔耦合理论,建立和分析了脱粒齿杆与谷物含摩擦接触的互作用机理的打击动力学模型。将脱粒过程描述为打击初始时刻、黏滞接触、滑移接触等阶段,引入增减接触约束法,分阶段建立动... 详细信息

针对联合收割机脱粒过程,结合Lagrange乘子法和多体系统刚柔耦合理论,建立和分析了脱粒齿杆与谷物含摩擦接触的互作用机理的打击动力学模型。将脱粒过程描述为打击初始时刻、黏滞接触、滑移接触等阶段,引入增减接触约束法,分阶段建立动力学方程,并给出了碰撞搜索算法和状态切换准则。通过自行编制的C语言仿真程序,计算获得了不同脱粒滚筒转速下,脱粒齿打击谷物时的法向打击力、切向揉搓力以及在打击过程中脱粒齿的振动和变形。对纵轴流柔性脱粒滚筒模型进行了EDEM软件仿真和试验验证,结果表明:与普通刚性脱粒齿相比,柔性齿在打击中形成一系列持续的法向打击力和多次反复的微小切向揉搓力,有助于提高脱净率和降低籽粒损伤率。

关键词：农业工程刚柔耦合理论 Lagrange乘子法柔性脱粒齿黏滞-滑移

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三相驱动下非光滑振动驱动系统的动力学分析

力学学报 2020年第6期52卷 1755-1764页

作者：朱诗慧周震吕敬王琪北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

可移动式机器人已成为机器人研究领域的重要分支,为实现其在狭小特殊环境中的运动,学者们提出并研究了振动驱动移动系统.本文基于二维LuGre摩擦模型和拉格朗日方程,给出了一类振动驱动系统在各向同性摩擦环境中的动力学建模方法和数值算... 详细信息

可移动式机器人已成为机器人研究领域的重要分支,为实现其在狭小特殊环境中的运动,学者们提出并研究了振动驱动移动系统.本文基于二维LuGre摩擦模型和拉格朗日方程,给出了一类振动驱动系统在各向同性摩擦环境中的动力学建模方法和数值算法.这类振动驱动系统结构简单且密封性好,依靠箱体与地面间的摩擦力实现自身的定向运动.该系统由一个外部箱体和两个内部质量块构成,两个质量块在箱体内的两个平行轨道上作三相振动驱动,箱体通过三个刚性支撑足与地面保持接触.二维LuGre摩擦模型的利用,可有效避免库伦摩擦模型的不连续性给动力学方程的数值求解带来的困难,且可有效揭示该系统在运动过程中的黏滞-滑移切换现象.数值仿真结果表明,通过调整其内部质量块的驱动参数,可实现箱体的直线平移、定轴转动和平面一般运动,且箱体在移动和转动过程中会出现擦滑、穿滑、回滑和不黏等4种现象;另外,通过调节驱动参数,不仅可以改变箱体移动和转动的快慢,还可以改变箱体形心运动轨迹的曲率半径.

关键词：振动驱动系统三相驱动黏滞-滑移 LuGre摩擦模型

车辆纵向非光滑多体动力学建模与数值算法研究

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力学学报 2015年第2期47卷 301-309页

作者：范新秀王琪北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

在建立车辆纵向多体系统的动力学模型中,将车身与车轮视为刚体,两者通过减振器链接;将传动系统视为一个圆盘通过扭簧和阻尼器与驱动轮连接;将车轮与路面间的接触力简化为法向约束力、摩擦力和滚阻力偶,其中摩擦力的模型采用库仑干摩擦模... 详细信息

在建立车辆纵向多体系统的动力学模型中,将车身与车轮视为刚体,两者通过减振器链接;将传动系统视为一个圆盘通过扭簧和阻尼器与驱动轮连接;将车轮与路面间的接触力简化为法向约束力、摩擦力和滚阻力偶,其中摩擦力的模型采用库仑干摩擦模型.采用笛卡尔坐标作为该系统的广义坐标用于描述该系统的位形,给出系统单双边的约束方程,应用第一类拉格朗日方法建立了系统的动力学方程.由于摩擦与滚阻的非光滑性,使得该系统动力学方程不连续.为便于计算,建立了车轮与路面接触点的相对切向加速度与摩擦力余量的互补条件、车轮角加速度与滚阻力偶余量的互补条件,以及车轮轮心法向加速度与路面法向约束力的互补条件.将接触-分离、黏滞-滑移的判断问题转化成线性互补问题的求解,并给出了具有约束稳定化的基于事件驱动法的数值计算方法.最后,应用该方法对车辆纵向多体系统进行了仿真,分析了输出扭矩、摩擦及滚阻系数对其动力学行为的影响.

关键词：车辆纵向动力学滚阻力偶库伦摩擦线性互补黏滞-滑移

考虑滑移问题的轮式机器人动力学与伺服控制问题研究

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考虑滑移问题的轮式机器人动力学与伺服控制问题研究

作者：王海明青岛理工大学

学位级别：硕士

轮式机器人以其极高的移动性以及可控性成为共融机器人研究领域的热点之一。目前大多数研究通常以轮式机器人行驶在结构化环境中为前提,假定轮-地之间紧密贴合无滑移,所建立的动力学模型在二维问题中得到的广泛的应用。随着轮式机器人... 详细信息

轮式机器人以其极高的移动性以及可控性成为共融机器人研究领域的热点之一。目前大多数研究通常以轮式机器人行驶在结构化环境中为前提,假定轮-地之间紧密贴合无滑移,所建立的动力学模型在二维问题中得到的广泛的应用。随着轮式机器人的应用场景和范围不断扩大,动态的、未知的非结构化环境中运行的轮式机器人逐渐受到学者的广泛重视,对轮式机器人的轨迹跟踪与控制进行准确分析就需要在动力学预测模型中充分考虑纵向和横向滑移带来的影响,目前相关的研究较少。本文以轮式机器人为具体研究对象,开展的主要研究工作如下:(1)以虚功率原理为建模依据,建立了轮式机器人运动学以及动力学方程。在非结构化环境中,轮式机器人将面临复杂的外部载荷作用,在虚功率原理的建模框架下,只需求出任意载荷的虚功率即可将其耦合进入全局动力学方程中,对后续的建模和控制带来了较大的模型便利。(2)以非结构化场景中共融的轮式机器人为驱动,对机械系统动力学中常见的多种摩擦模型进行比较,特别是从积分器的选择、积分参数的调控以及动态参数辨识等方面对Lu Gre摩擦模型进行了说明。引入线性互补模型描述轮-地间法向接触力,克服了连续接触力模型在求解平顺接触问题时效率较低的缺点,通过数值算例验证了所提方法的准确性。(3)面向非结构化环境应用场景,引入动态接触模型分析轮式机器人轮-地间复杂非光滑动力学行为,建立考虑黏滑摩擦的轮式机器人系统动力学高效准确预测模型,开展了轮式机器人纵向和横向滑移分析,同时与基于非完整约束建立的系统动力学模型所得到的仿真结果对比,验证该模型的准确性。(4)探寻考虑滑移的轮式机器人轨迹跟踪问题的解决,针对非结构化环境中运行的轮式机器人,研究基于虚功率原理的伺服约束控制方法,根据期望轨迹得到力矩,即为满足系统目标轨迹的驱动力矩;通过对含有相对滑移的两轮轮式移动机器人的目标轨迹进行跟踪控制,证明该方法能够实现对轮式机器人目标轨迹的跟踪控制。

关键词：轮式机器人虚功率原理 LuGre摩擦模型黏滞-滑移伺服约束