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基于螺旋理论的钢带并联机器人力学特性数值分析

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浙江大学学报（工学版） 2011年第9期45卷 1650-1656页

作者：艾青林黄伟锋祖顺江浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室浙江杭州310014

为了克服传统的并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢... 详细信息

为了克服传统的并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢带进行了有限元分析,得到结构参数改变时钢带能承受的失稳力.基于螺旋理论建立了钢带并联机器人力学模型,对刚带并联机器人受力进行数值计算,得到钢带并联机器人不同位姿与结构对各钢带受力的影响规律,为优化钢带并联机器人的结构与运动参数提供理论依据.研究结果表明：弯曲截面结构的钢带承压能力较好,钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大,随钢带长度增大而减少.其他结构参数一定,载荷力为400 N时,动平台外接圆半径为210 mm,动平台沿Z轴运动范围受卷筒装置中钢带长度的限制,沿Y轴运动范围为-745~680 mm,沿X轴运动范围为-675~675 mm,动平台绕Z轴旋转角度范围为-87°~87°,绕Y轴旋转角度范围为-77°~77°,绕X轴旋转角度范围为-90°~66°.

关键词：螺旋理论钢带并联机器人力学特性数值分析失稳力

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并联机构运动学与奇异性研究进展

浙江大学学报（工学版） 2012年第8期46卷 1345-1359页

作者：艾青林祖顺江胥芳浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室浙江杭州310014

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原... 详细信息

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.

关键词：并联机器人运动学位置分析工作空间奇异位形

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基于水平集方法的软性磨粒两相流场特性分析

浙江大学学报（工学版） 2011年第12期45卷 2222-2228页

作者：计时鸣翁晓星谭大鹏浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室浙江杭州310014

为了解决模具结构化表面精密加工(SAFM)过程中软性磨粒两相流场特性参数难以求解的问题,提出一种基于水平集法(LSM)的磨粒流场特性分析方法.基于LSM结构拓扑变换原理,结合流体体积模型(VOF)计算方法,建立面向软性磨粒两相流湍流流型分... 详细信息

为了解决模具结构化表面精密加工(SAFM)过程中软性磨粒两相流场特性参数难以求解的问题,提出一种基于水平集法(LSM)的磨粒流场特性分析方法.基于LSM结构拓扑变换原理,结合流体体积模型(VOF)计算方法,建立面向软性磨粒两相流湍流流型分析的动力学模型.通过高阶TVD Runge-Kutta、迎风格式以及高阶本质无振荡(ENO)方法分别对水平集时间项和空间项进行离散,且利用N-S方程和压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,实现软性磨粒两相流场的压力、速度等特性参数的求解.以工程中常见的90°方形弯管为具体仿真实验对象,研究软性磨粒两相流流经管道过程中的速度场与压力场变化.实验结果表明,数值计算结论与直管处速度场试验结果是一致的,验证了该方法的有效性,为软性磨粒流精密加工方面的研究提供了可靠的理论依据.

关键词：水平集软性磨粒流结构化表面流场特性

模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力分析

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中国机械工程 2019年第22期30卷 2647-2654页

作者：金明生康杰董晓星王礼明计时鸣浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

针对材料均匀去除要求,提出了一种基于梯度功能研抛盘的加工新方法,研究了模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力问题。用半逆解法推导出梯度功能弹性薄层无摩擦接触应力方程,引入补偿函数来补偿平面位移的影响,简化了解析过程;利用AN... 详细信息

针对材料均匀去除要求,提出了一种基于梯度功能研抛盘的加工新方法,研究了模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力问题。用半逆解法推导出梯度功能弹性薄层无摩擦接触应力方程,引入补偿函数来补偿平面位移的影响,简化了解析过程;利用ANSYS建立了梯度功能研抛盘无摩擦接触模型,得到位移加载下试样表面的等效应力分布;通过与应力方程拟合,获得了应力预测方程解析式及相应的补偿函数关系。最后,建立了试验平台,试验对比结果显示误差在10%以内,验证了接触应力预测方程解析式的正确性。

关键词：研抛均匀去除梯度功能接触应力弹性薄层补偿函数

基于分数阶PID算法的磁流变液柔顺关节控制研究

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计算机集成制造系统 2020年第2期26卷 393-401页

作者：余建军蔡世波胥芳韦威鲍官军张立彬浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

为了使机器人关节具备主动变刚度特性,基于磁流变液的可控流变特性设计了一种新型机器人柔顺关节,并提出基于分数阶PID(PIλDμ)控制算法进行磁流变液柔顺关节的动态扭矩跟踪控制,采用频域设计方法,通过期望截止频率和相位裕量推导出理... 详细信息

为了使机器人关节具备主动变刚度特性,基于磁流变液的可控流变特性设计了一种新型机器人柔顺关节,并提出基于分数阶PID(PIλDμ)控制算法进行磁流变液柔顺关节的动态扭矩跟踪控制,采用频域设计方法,通过期望截止频率和相位裕量推导出理想Bode传递函数状态下的PIλDμ控制器设计参数,建立了基于PIλDμ的控制系统。设计了磁流变液柔顺关节实验平台,并且基于LabVIEW图形化编程语言开发了控制软件系统,分别进行了基于PIλDμ和整数阶PID动态扭矩跟踪控制实验,实验结果证明,PIλDμ控制算法对基于磁流变液设计的机器人柔顺关节具有较好的动态扭矩跟踪控制作用。

关键词：磁流变液机器人柔顺关节 PID 动态扭矩跟踪控制

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面向功能需求的产品适应性修改单元识别方法

计算机集成制造系统 2020年第2期26卷 426-436页

作者：谢智伟赵燕伟任设东桂方志浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

针对产品内部单元修改操作的效应传导过程缺乏有效的分析方法,导致无法明确优先修改对象的问题,提出一种产品适应性修改单元识别方法。首先,建立功能需求与产品实例功能的量化匹配模型,借助可拓集方法将匹配结果划分为3个功能域,并通过... 详细信息

针对产品内部单元修改操作的效应传导过程缺乏有效的分析方法,导致无法明确优先修改对象的问题,提出一种产品适应性修改单元识别方法。首先,建立功能需求与产品实例功能的量化匹配模型,借助可拓集方法将匹配结果划分为3个功能域,并通过多层“功能—行为—结构”纵向分解得到产品的功能—结构底层映射关系;其次,细化结构修改粒度至零件特征层,构建零件及特征的物元表达模型;在此基础上,构建以零件特征物元为节点的基元有向图,提出基于基元有向图的综合传导度计算方法,并以综合传导度作为产品修改单元的识别依据。最后,以某款螺蛳切尾设备的实例应用验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词：适应性修改可拓集合物元模型基元有向图综合传导度

高频谐振疲劳机载荷测量误差建模分析及试验夹具优化设计

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中国机械工程 2019年第22期30卷 2675-2682页

作者：高红俐朱楷勇龚澳姜伟浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验过程中,对动态载荷的高精度测量和控制是保证试验结果准确性和系统工作稳定性的重要前提,夹具作为夹持试件和传递载荷的重要机构,对其进行结构优化显得尤为重要。建立了紧凑拉伸(CT)试件连接刚度模型和三自... 详细信息

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验过程中,对动态载荷的高精度测量和控制是保证试验结果准确性和系统工作稳定性的重要前提,夹具作为夹持试件和传递载荷的重要机构,对其进行结构优化显得尤为重要。建立了紧凑拉伸(CT)试件连接刚度模型和三自由度有阻尼振动系统动力学模型,得到了动态载荷测量误差理论表达式;分析了夹具刚度对动态载荷测量误差的影响,设计了不同结构刚度的试件夹具,并通过有限元方法计算其刚度,得到了不同结构夹具对动态载荷测量误差的影响结果;实验验证了优化夹具设计的合理性。

关键词：动态载荷高精度测量疲劳裂纹扩展试验接触刚度夹具优化电磁谐振

结构化表面软性磨粒流精密光整加工方法及其磨粒流动力学数值分析

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机械工程学报 2010年第15期46卷 178-184页

作者：计时鸣唐波谭大鹏宫斌袁巧玲潘艳浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014 浙江工业大学浙江省特种装备制造与先进加工技术重点实验室杭州310014

提出一种基于软性磨粒流的模具结构化表面无工具精密光整加工新方法,通过在被加工的结构化表面附近配置约束模块,使结构化表面成为一条截面几何形状可设计的约束流道的内壁面,利用液固两相软性磨粒流在约束流道内的湍流壁面效应实现对... 详细信息

提出一种基于软性磨粒流的模具结构化表面无工具精密光整加工新方法,通过在被加工的结构化表面附近配置约束模块,使结构化表面成为一条截面几何形状可设计的约束流道的内壁面,利用液固两相软性磨粒流在约束流道内的湍流壁面效应实现对约束流道内壁面的微力微量切削,从而克服光整加工工具难以接触结构化表面的困难,完成对结构化表面的无工具化精密光整加工。基于液固两相流体耦合理论,建立面向结构化表面精密加工的约束流道内液固两相磨粒流动力学模型,利用标准k-ε湍流模型和离散相模型相结合的求解方法,以环形截面约束流道为研究对象,选择不同的约束模块配合参数,对流道内压力/速度分布及湍流动能进行数值分析研究,通过该数值分析方法,可以观察约束流道进口压力、入口与出口截面尺寸的相对变化等工艺参数对湍流形态的影响,为研究软性磨粒流湍流形态调控的基本规律和磨粒流特性提供一种理论工具。

关键词：结构化表面精密光整加工软性磨粒流数值模拟

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叉车横置油缸式转向机构的设计与优化

中国机械工程 2019年第19期30卷 2329-2334,2341页

作者：应富强马亮亮汪内利浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室

为了解决叉车无法原地转向且转向困难等问题,结合基本的横置油缸式叉车转向机构,设计了一种新型的空间转向机构,并建立了该机构的力学模型。在虚拟样机中进行参数化设计,以转向活塞杆受力、转向误差以及转向过程中的干涉间隙为目标,利用... 详细信息

为了解决叉车无法原地转向且转向困难等问题,结合基本的横置油缸式叉车转向机构,设计了一种新型的空间转向机构,并建立了该机构的力学模型。在虚拟样机中进行参数化设计,以转向活塞杆受力、转向误差以及转向过程中的干涉间隙为目标,利用Insight模块进行多目标优化。根据优化结果修改模型,确定最终的模型,最后进行了转弯半径测试和节能测试。结果表明:优化后的新型叉车转向机构可以实现原地转向,转向受力情况得到改善。

关键词：叉车转向机构多目标优化样机测试力学模型