支承輪式管道機器人變徑機構動力學分析

中國科學技術大學 碩士學位論文 基于假想柔順控制的膝關節(jié)助力機器人動力學分析及其運動控 制 姓名：謝興旺 申請學位級別：碩士 專業(yè)：檢測技術與自動化裝置 指導教師：余永研 2011-05 摘要 摘要 近年來隨著全球范圍內人口老年化趨勢日益加劇，可穿戴型助力機器人已 經(jīng)成為重點的研究領域之一，膝關節(jié)助力機器人作為可穿戴型助力機器人的重要 組成部分，科學家對其技術的開發(fā)和研究已經(jīng)取得巨大的進步。膝關節(jié)助力機器 人將環(huán)境感知和多傳感器信息融合和運動控制等多種功能集于一身，是典型的人 機一體化系統(tǒng)。當人穿上膝關節(jié)助力機器人時，機器人在人的智力指導下為人的 行走提供助力從而擴展了人的運動能力和活動范圍。 在國家自然科學基金“可穿戴型智能助力機器人技術研究”的資助下，本 文采用假想柔順控制策略和pid控制算法，實現(xiàn)了膝關節(jié)助力機器人為人提供助 力的目的。具體內容包括： 1．通過分析

應用牛頓-歐拉方法推導了6自由度機器人的動力學方程,在matlab中進行了編程求解。并應用adams軟件建立虛擬樣機模型進行動力學仿真,用仿真的結果驗證了編程計算的正確性。最后采用adams的參數(shù)化分析方法,搜索出了滿足一定約束條件下機器人各關節(jié)的最大驅動力矩,為機器人電機精確選型提供了參考依據(jù)。

第41卷2013年第4期 本 欄 目 編 輯　 陸 秋 云 通　 用 124 可變徑管道機器人系統(tǒng)的 設計與研究 武　燕1，王才東2，王新杰2，牛志軍2 1 河南機電職業(yè)學院機械工程系　河南鄭州　451191 2 鄭州輕工業(yè)學院機電工程學院　河南鄭州　450002 摘要：筆者在分析管道機器人國內外發(fā)展現(xiàn)狀基礎上，針對管道機器人對不同管徑需求，提出了一種 雙履帶式可變徑管道機器人的總體方案。設計了機器人的驅動裝置、直徑調節(jié)機構等關鍵部件，并設 計了機器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)上采用了上、下位機控制結構，通過手動和自動2種控制模式， 實現(xiàn)機器人無級調速、前進、后退、轉彎和圖像信息采集等功能。研究結果為可變徑管道機器人的實 用化開發(fā)奠定了基礎。 關鍵詞：管道機器人；變管徑；穿纜；控制系統(tǒng) 中圖分類號：tp242　　　文獻標志碼：a　　　文章編號：1001-3954

管道機器人是特種機器人研究領域中的熱點.該文設計了管道機器人蠕動式移動牽引機構,采用電機驅動絲杠正反轉,絲杠上絲杠螺母前移,前后兩組支撐腿臂交替支撐住管壁,從而實現(xiàn)了機器人的蠕動式前行的驅動方案,并設計了該系統(tǒng)的電控部分.模擬管道中的實驗驗證了該方案的可行性.

討論了管道機器人的數(shù)學模型,并且對垂直彎管和分支管道的通過性做了分析。通過建立機器人的幾何方程,使得機器人可能通過各種彎管。其結果可對機器人的動靜態(tài)特性研究提供一定的參考。

基于MATLAB的臂架型起重機起升機構動力學分析

針對帶膛線身管這一特殊的測量對象,研制了一種能自動測量火炮膛線的新型管道機器人.分析了該機器人的機構組成及工作原理,研究了其運動學和力學特性.實驗證明,該機器人測量精度達到0.002mm,多次測量的重復性誤差小于0.002mm,并且可靠性高.

介紹了基于單向運動機構的伸縮式管道機器人工作原理,對管道機器人整機系統(tǒng)進行合理簡化,得到等效系統(tǒng)模型。根據(jù)等效模型,分析直流伺服電機、滾珠絲杠,以及單向運動機構的動力學行為。為了研究系統(tǒng)的輸入電壓信號和輸出的運動速度之間的關系,建立了機器人系統(tǒng)的完整框圖模型。利用matlab對機器人系統(tǒng)進行仿真,分析不同輸入信號下系統(tǒng)的響應特性,為管道機器人的機構設計和控制器設計提供理論依據(jù)。

以輪式wz30-25型液壓挖掘裝載機為實例,基于多剛體系統(tǒng)動力學理論,在三組反鏟機構液壓缸的運動作用下,研究了挖掘裝載機整機系統(tǒng)在鏟斗斗齒切向產(chǎn)生的挖掘力響應。在斗桿液壓缸挖掘和鏟斗液壓缸挖掘兩種工況下,進行了挖掘力響應分析。在各工況下,影響挖掘力的重要參數(shù)有很多,包括液壓系統(tǒng)的壓力、液壓缸的尺寸、各液壓缸間的相互作用力、整機穩(wěn)定性和地面附著性能。將推導這些因素和最大挖掘力之間的函數(shù)關系。

排水管道機器人通常采用模塊化設計,一般分為爬行器、電纜絞盤、上位控制單元、檢測單元、輔助裝置、圖像處理軟件等模塊。本文介紹排水管道機器人各模塊現(xiàn)有技術特點,并結合智能控制技術,展望未來排水機器人發(fā)展方向。

為提高伸縮式管道機器人的負載能力,研制一種基于凸輪自鎖原理的伸縮式管道機器人,牽引力不受限于某一固定摩擦力,可隨外載荷的增大而增大。應用分析力學原理導出單向鎖止機構各參數(shù)應滿足的關系式,并給出可適應管徑變化的凸輪輪廓設計方法,計算出移動機構系統(tǒng)的響應時間,提出一套系統(tǒng)的管道機器人設計理論方法。利用提出的設計方法研制試驗樣機,并在管道中成功進行一系列試驗。研究成果提升了伸縮式管道機器人的負載能力與管道適應性,完善了基于自鎖原理伸縮式管道機器人的設計理論。

對無后坐炮發(fā)射時火箭彈中引信擦地炸機構微小彈簧的運動進行了動力學分析。在考慮彈簧質量的情況下建立了彈簧和導電桿之間的物理模型。該模型的微分方程計算結果表明微小彈簧在彈道上的振動過程會使導電桿的受壓產(chǎn)生周期性變化,尤其是在一些波谷處,導電桿幾乎不受壓力,此時如果有火箭加速和其它裝配缺陷等因素的影響,就會引起彈丸在彈道上的早炸。

簡要介紹多體系統(tǒng)動力學的原理及多體系統(tǒng)動力學計算的積分方法,利用動力學仿真軟件adams,對牛頭刨床的六桿機構進行分析,并通過虛擬樣機技術,對牛頭刨床加速度和壓力角進行了優(yōu)化設計.為實際的機構設計提供依據(jù),也為虛擬樣機技術的學習提供了實例.

為了獲得某型燃氣輪機低壓渦輪壓氣機轉子的動力學特性,并驗證其穩(wěn)定性及可靠性,本文使用samcef/field軟件的轉子動力學分析模塊對該轉子進行了分析計算。根據(jù)機組實際運行的條件,計算了該機組轉子的臨界轉速、穩(wěn)態(tài)不平衡響應、葉片丟失瞬態(tài)響應等。計算結果表明,臨界轉速安全系數(shù)合理;轉子系統(tǒng)選取的平衡量具有較小的振動幅值;轉子的瞬態(tài)響應結果驗證了結構方案的合理性,轉子系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。得出了此轉子結構方案能保證低壓渦輪壓氣機穩(wěn)定運行的結論。

根據(jù)管道機器人管內適應性的要求,提出一種面向矩形管道的新型自適應調節(jié)機構的設計方案。分析該機構的工作原理、力學特性,建立其數(shù)學模型并進行仿真分析。仿真結果表明:該機構提高了管內機器人對矩形管道的適應性,并改善了牽引能力,為機構參數(shù)的合理選取提供了科學依據(jù)。

多電機同步聯(lián)動系統(tǒng)的動力學分析與建模

基于有限元分析技術,建立臂架的有限元模型,在ansys軟件中對履帶起重機的起臂過程進行動力學分析.用link180單元模擬變幅拉板,利用其在溫度載荷下的變形特性,通過設置相關的線性熱膨脹系數(shù)和溫度載荷,使單元長度勻速縮短,帶動臂頭,完成起臂控制.以位移約束的方法代替常規(guī)載荷約束的方法,解決了起臂過程模擬中,由于拉板力大小和方向隨時間不斷變化,無法定義載荷步的問題.ansys軟件結構動力學分析模塊中含有瞬態(tài)分析模塊,可對履帶起重機起臂的動態(tài)過程進行模擬和有限元分析,為實際的履帶起重機起臂調試過程提供參考.

蘇州大學的5名大學生合作發(fā)明了一種微型管道機器人。其能夠深入到核電廠蒸汽發(fā)生器的管道內，檢查管道的安全狀況，以避免核泄露等安全事故的發(fā)生。

研究空間飛網(wǎng)收口機構在捕獲過程中產(chǎn)生翻滾纏繞的原因及質量塊優(yōu)化設計的方法。通過在質量塊連體坐標中對其所受空間力系進行簡化,分析質量塊產(chǎn)生翻滾的原因,并據(jù)此對質量塊與捕獲網(wǎng)的連接進行優(yōu)化設計。建立了超聲波電機啟動后質量塊各轉動部分的動力學方程,分析了其對產(chǎn)生纏繞的影響。并據(jù)此對原質量塊的結構進行改進和優(yōu)化設計。實驗證明經(jīng)優(yōu)化設計的新結構改善了收口機構翻滾纏繞問題。

棱柱桿侵徹巖土的動力學分析——首先建立了計算撞擊力的剛體一流體撞擊模型和計算靶體變形的法向膨脹理論。在此基礎上，根據(jù)動量定理和功能守恒定律，建立了棱柱桿侵徹巖土時的動力學模型。采用龍格一庫塔方法對這些非線性動力學方程進行數(shù)值求解。由這些非線性...

以某3100teu巴拿馬型集裝箱船為例,建立集裝箱船體全船結構三維有限元動力學分析的計算模型,對船體結構進行實特征值、有阻尼瞬態(tài)響應的計算分析;采用lanczos方法計算特征值;采用模態(tài)方法進行瞬態(tài)響應分析。分析結果表明,該船在運營過程中容易出現(xiàn)扭轉振動,需要對駕駛甲板的側翼結構進行修改設計,但其振動強度在總體上是可以接受的。

本文利用ｄ’ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立了單桿柔性機械的動力學方程，并用模態(tài)展開法對其進行了離散化。最后，給出了計算機模擬結果。為進一步開展多桿柔性機械臂動力學分析其控制打下了基礎。