郭爱华[1]2004年在《受控五杆机构运动动力学分析及控制系统研究》文中研究表明受控连杆机构是指一个或若干个原动件受计算机控制，从而使机构精确实现任意给定运动并具有智能化的一类机构。精确实现任意给定运动是机构学领域具有重要实际意义的一大难点，受控机构与受控机构学的研究正是应这一要求而兴起的。具有一个受控原动件的平面受控五杆机构是一个两自由度机构，让其中一个原动件做匀速运动，而控制另一个原动件使其按给定运动的要求作补偿运动，从而达到精确实现任意给定运动的目的。本文以精确实现任意给定运动为目的，对受控五杆机构进行了以下几个方面的研究： 1 受控五杆机构运动动力学分析 忽略杆件的弹性变形，运动副之间的摩擦、间隙，采用解析法对受控五杆机构进行运动分析。在对机构运动分析的基础上，建立了基于拉格朗日方程的系统动力学模型，并利用此模型求得了主动件在一定转速下所需的平衡力矩以及受控原动件移动所需的推力； 2 受控五杆机构控制系统的研究 此机构采用电气驱动，控制方案采用PC机+Turbo PMAC(1)运动控制器。利用经典的PID控制算法，通过调节PID参数实现了交流伺服电机和直线电机的协调运动； 3 四杆机构和受控五杆机构输出轨迹的实验 在初始四杆机构的基础上，引入不同的补偿运动获得了不同的输出轨迹，从而从实验上说明了受控五杆机构可以精确实现任意给定运动。
杨金堂[2]2009年在《受控五杆机构实现轨迹理论与实验研究》文中提出传统机构学正在对其研究对象、内容、理论和方法等诸多方面发生深刻的变革。1990年以来,中国机构学经历了一个较大发展。其中受控机构(亦称可控机构或者混合输入机构或者混合驱动机构)分析与综合及其应用研究是10年来主要成果之一。本文在借鉴国内外相关研究成果的基础上,以平面五杆机构的型综合、分析与综合、结构参数和运动参数误差分布及对实现轨迹的影响、控制系统为研究对象,考虑五杆机构的运动学动力学特性,将新型智能计算方法与新设计理论引入其中,为平面五杆机构轨迹综合与创新设计提供了一种新的研究途径。首先,提出了两种五杆机构型综合的新方法:“基于两个类Ⅱ级杆组构成法”和“基于两连架杆+Ⅱ级杆组构成法”。提出了全移动副的平面机构自由度计算方法,通过当前热门研究的四种常用型的研究和特征分析,并运用杆组理论提出的两种型综合方法,得出13种基本型。并分析了这13种基本型在实现轨迹时的演化规律,分析了五杆机构实现轨迹时分析和综合的特点,为基于特征值的五杆机构分析与综合奠定了理论基础。其次,提出了两种五杆机构精确实现多点轨迹的两步尺度综合的新方法:“轨迹实现模型+补偿控制模型”的两步综合法和“轨迹实现模型+圆拟合模型”两步综合法。提出了“视角”“轨迹区内”“轨迹区外”的概念,运用该概念能够减少优化的计算模型;建立实现多点轨迹五杆机构全域最优设计模型:“轨迹实现模型+补偿控制模型”,考虑了五杆机构的运动学动力学特性,独立的设计变量为6个比传统的要少,但模型数较多;构造的适应度函数保证了满足约束条件的个体的适应度值优于不满足的个体,且增强了优化的吸引域,采用改进遗传算法获取全域最优解;建立了受控机构的“轨迹实现模型+圆拟合模型”优化模型,运用广义逆求解,实例计算表明:受控机构必须考虑受控原动件的机械特性,必须选择合适的控制策略和方法。再次,提出了刚性受控五杆机构结构参数误差合理分布方法;运用小波分析与变换,提高了补偿运动的低频特性。通过分析结构参数与运动参数误差对实现轨迹误差的影响,建立了全微分方程组,运用矩阵论的范数法,提出了刚性受控五杆机构结构参数误差合理分布方法,可以减少补偿运动不必要的调整,从而提高了五杆机构实现轨迹的精度和五杆机构的实用性;通过小波多分辨分析方法对可控五杆机构的补偿运动曲线进行分析,不仅有利于了解补偿运动在各频率段的分布,而且在满足要求的前提下使特征数据点大为减少,并且消除了补偿运动高频部分,优化了机构的运动学和动力特性,为机构动力学分析提供了一种新的方法。最后,开发了受控五杆机构的计算仿真和控制系统软件。针对五杆机构进行力学分析,运用“矩阵法”建立五杆机构力学模型,研制开发本文的全部计算与仿真模型及软件,研制开发五杆机构力的控制硬件系统及其软件,完成实验台研制;为五杆机构的设计理论验证和应用研究提供强有力的支持。
郭爱华, 杨金堂, 孔建益[3]2004年在《基于拉格朗日方程的受控五杆机构动力学分析》文中研究说明分析平面刚性受控五杆机构实现任意给定运动时的补偿运动及运动动力学特性,建立基于拉格朗日方程的受拉五杆机构系统动力学模型。通过给定精确实现的运动,求得其补偿运动的位移、速度、加速度,然后利用该动力学模型求出实现该给定运动时曲柄所需的平衡力矩和受控原动件所需的推力,为控制系统驱动元件的选择提供依据。
刘怀广[4]2007年在《平面受控低副五杆机构虚拟设计系统的研究》文中研究说明随着计算机技术和控制技术的发展，当代机构学从原来简单的单自由度领域过渡到了复杂的多自由度领域。受控五杆机构作为最简单的多自由度机构，逐渐成为机构学领域研究的热点。本文从平面受控五杆机构的构成开始，探讨了五杆机构13种基本型的运动规律，并以此为基础，利用Visual C++语言在可视化方面的技术优势，结合OpenGL平台，开发了一套可视化的五杆机构虚拟设计系统。介绍了五杆机构基本型类Ⅱ级杆组的构成法则，并建立了每种类Ⅱ级杆组的运动模型，在此基础上介绍了五杆机构的运动分析方法。“二步综合”法在五杆机构RRRPR轨迹综合中的成功运用，为它在其他基本型中的应用奠定了基础。由于OpenGL的独立性、开放性和跨平台性，使其成为开发叁维虚拟系统的有利工具。通过对五杆机构结构的研究，建立了五种叁维构件模型，从而实现了五杆机构的参数化。OpcnGL交互技术的研究，解决了OpenGL中鼠标交互性差的问题，为增强系统的可操作性打下了基础。利用VC++与OpenGL联合编程开发的系统实现了五杆机构的运动分析和轨迹综合两大功能。通过五杆机构的参数设置和轨迹点的交互性选择，可以实现机构的动态仿真以及仿真曲线的实时分析，包括位移、速度、加速度以及相关信息的输出，综合度较高。遗传算法的引入，解决了五杆机构轨迹综合的多峰值问题，最后的结果校验实现了运动分析和轨迹综合的统一。此虚拟设计系统界面美观、结构紧凑，交互性强，实用价值高，为受控五杆机构的运动分析和精确实现给定轨迹提供了实验条件，也为下一步的动力学分析、补偿运动的优化提供了依据。
李仁军[5]2009年在《考虑运动副摩擦的混合输入机构理论与实验研究》文中认为混合输入机构既具有较好的刚性又具有一定的柔性,在理论上比较理想的解决了柔性化与高承载力这一对矛盾,是现代机构学的重要研究方向之一。精确实现给定的运动是混合输入机构的主要功能,但系统中摩擦力对机构的动态性能及运转精度有重要的影响。在混合输入机构的动力学、控制研究中考虑摩擦力的影响,对于改善系统性能具有重要的理论与实际意义。本学位论文以平面两自由度混合输入机构为研究对象,对考虑运动副摩擦的混合输入机构实现给定运动轨迹的轨迹规划、动力学建模、控制与检测进行了研究。提出一种混合输入机构连续轨迹的规划方法。首先,确定给定机构的工作空间,指出了给定机构可实现轨迹与机构工作空间的位置关系。提出了一种基于叁次样条函数对周期闭合连续轨迹进行数学描述的方法,保证输出轨迹及一阶、二阶导数均连续。根据混合输入机构的特点提出一种逆运动学分析方法,可得到输入运动与时间的对应关系,将其作为学习样本,进行RBF神经网络训练即可得到原动件的输入运动规律。仿真结果表明该轨迹规划方法精确有效。提出了基于计算机视觉的混合输入机构运动轨迹的检测方法。构建了基于计算机视觉的混合输入机构运动轨迹检测系统,包括图像采集系统硬件的选型与匹配,动态图像采集、处理软件的开发等。提出了一种修正的Tsai标定方法,实现了摄像机高精度的平行标定。提出了适于低对比度数字图像的处理、基于序列图像的运动目标检测、分割和亚像素定位的高效算法。基于构建的检测系统,应用计算机视觉测量方法对混合输入机构的运动轨迹进行了检测实验,结果表明采用视觉方法进行混合输入机构的运动轨迹和速度的检测是可行的,且具有较高的检测精度。提出了一种考虑运动副摩擦情况下混合输入机构动力学建模方法。将机械系统中的摩擦力视为外加非保守力,提出了包含系统摩擦的Kane方程。将运动副元素间的作用力转化为理想约束力与摩擦力矩,建立了考虑摩擦时机构运动副的力学模型。应用Kane方法建立了考虑运动副摩擦的混合输入五杆机构动力学模型,给出了该动力学模型的求解方法并进行了计算机仿真,结果表明运动副摩擦对混合输入机构的运动影响显着。提出了考虑恒速电机速度波动和系统不确定时混合输入机构实现轨迹跟踪的控制方法。根据混合输入机构中恒速电动机可测不可控的特点,提出了混合输入机构实现轨迹跟踪的硬件结构方案和基于恒速电动机角位置跟踪的可控电动机控制策略。将系统中的摩擦、外部扰动等集成为系统的不确定和,设计模糊自适应变结构控制器进行给定轨迹的跟踪。应用模糊自适应推理实现了对系统不确定和的逼近,获得连续的控制增益,消除了传统变结构控制引起的抖振问题。基于柔性铰链设计出一种新型的摩擦传感器结构。提出一种通用的柔性铰链柔度的计算方法,适用于各种切口形状的柔性铰链的设计。将两个柔性铰链和两个弹性悬臂梁进行组合,设计出一种新型的摩擦传感器结构,该新型结构消除了传统摩擦传感器组合构件间的摩擦和反向间隙,可实现速度反向区的摩擦检测。推导得到该传感器结构的解耦表达式,对传感器结构进行优化设计消除了正压力与摩擦力的耦合。应用所设计的摩擦传感器进行了运动副摩擦检测试验,结果表明所设计的传感器可实现正压力与摩擦力的解耦,并可实现运动副摩擦的检测。对本文提出的理论与方法进行了实验研究。构造了由普通叁相交流电动机和交流伺服电动机驱动平面5R机构、辅以检测控制系统、应用计算机视觉方法对输出轨迹进行检测的混合输入机构轨迹生成与检测实验平台。提出并设计了一种两电动机初始角位置动态同步的检测装置,实现了两类电动机的同步控制。基于伺服电动机对恒速电动机闭环跟踪的控制策略进行了两种给定轨迹的生成与检测实验,结果表明本文所提理论和方法可行有效。
潘莉[6]2004年在《实现轨迹的受控五杆机构研究》文中进行了进一步梳理受控机构学是随着现代科学的发展，将现代计算机技术、控制技术、传感器技术等先进科学技术与古老的机构学相结合的一门新兴的学科，它也是随着现代工业对高精度、高柔性的现代机械的要求应运而生的具有强大生命力的新兴学科。从上世纪九十年代初孔建益教授提出这一机构学的新概念，在短短的十多年时间里，它已有了长足的发展。但是，大多数的文献都是从理论上对其进行了探讨，因此，从试验方面对其进行研究迫在眉睫。 基于这一想法，我们设计建成了精确实现任意轨迹的受控平面五杆机构试验台，目的是想通过试验台的建立来验证理论上的结论，另一方面，也是通过试验来推进理论的发展，为以后的工业应用奠定一定的试验基础。 本文首先对五杆机构的型进行了讨论，在此基础上，得出了满足我们所选型的机构可动性的数学表达式，为受控五杆机构的分析和综合提供理论依据。然后，详细介绍了实现轨迹的受控平面五杆机构试验台的设计，接着介绍了我们所做的一些试验以及由试验得到的结论。最后，本文对实现轨迹的受控五杆机构的精度进行了研究，用微分法推导出了机构精度的一般表达式，并对五杆机构的精度用概率统计的方法通过计算机编程做了定量的分析，为受控五杆机构的应用奠定理论基础。
王汝慧[7]2010年在《混合驱动六杆机构的研究》文中进行了进一步梳理在电子、信息、控制、驱动等新技术高速发展的背景下,现代机器对实现一机多能、柔性输出、满足日益多样化功能需求的要求愈来愈高。机电智能化、运动可控化、机电一体化等正成为现代机器的发展特征。从根本上来说,这些新特征、新需求将转化为对现代机构系统能实现可控、可调运动输出的新要求。从而可控机构应运而生,成为现代机构学的一个重要分支和新的研究领域。可控机构只需适当调节驱动元件的控制参数,即可根据功能需求的变化做出快速响应。混合驱动机构作为可控机构的重要研究内容之一,是目前机构学研究的前沿问题。它同时以两种电动机作为驱动器(定转速电动机和伺服电动机),两种不同类型电动机的共同输入运动通过一个多自由度机构合成后实现预期的输出轨迹。本文的主要研究内容为:首先,应用一般化链的连杆类配方法分析了平面六杆机构的型综合问题,基于此基础,通过对类四杆五杆机构和可控五杆机构局限性的研究,并对其结构进行改进,构造出一种新型的混合驱动运动组合机构—齿轮连杆机构。然后,在研究混合驱动六杆机构构型基础上,对六杆机构进行可动性和奇异性分析,得到可控六杆机构叁曲柄存在的充分必要条件,以及六杆机构的奇异和非奇异条件。并对其正运动学、逆运动学、动力学进行分析,推导出其位置、速度、加速度的公式。在此基础上对可控六杆机构的控制策略和控制方法进行研究,最终设计出可控机构的控制系统。最后,应用ADAMS软件对该机构进行计算机建模、仿真,并结合应用实例对该六杆机构进行了验证,通过仿真验证理论分析的正确性。从而为以后的应用研究提供理论依据。
杨金堂, 孔建益, 邵正宇, 朱晓宏[8]2000年在《弹性受控五杆机构精确实现轨迹的综合方法》文中研究说明以优化后的四杆机构为受控五杆机构的初始机构 ;按受控机构学原理 ,计算精确实现N点所构成轨迹的受控构件的补偿运动 ;分析受控五杆机构实现轨迹的动态误差分析 ;计入动态误差分析后调整补偿运动 ,并再次分析受控五杆机构实现轨迹的动态误差分析 ,直到实现轨迹综合误差最小 ;从而得到弹性受控五杆机构精确实现轨迹的综合方法
方洋[9]2007年在《混合驱动无干机构的分析与综合》文中进行了进一步梳理混合驱动机构(Hybrid Machine System)以恒速电机和伺服电机为驱动器，两种类型的输入运动通过一个多自由度机构合成实现预期的输出运动，其中恒速电机为系统提供主要动力，伺服电机主要起调节控制作用。这种机构弥补了传统机械系统缺乏柔性，全伺服驱动机械系统虽具有柔性，但可能会因为承载能力的提高而增加成本的问题。它是可控机构的一种类型，是目前机构学研究的前沿领域。本文在前人研究成果基础上，主要做了以下几个方面的工作：对混合驱动五杆机构的可动条件进行了分析，将五杆机构化为虚拟四杆机构进行研究，提出了五杆机构的曲柄条件；分别使用杆组转型法和矢量法对五杆机构进行正运动学分析和逆运动学分析。在分析与综合的工具上应用了ADAMS软件以及MATLAB优化工具箱。对于比较繁琐的运动学及动力学问题以机构中某点为例，使用ADAMS得出了其相应的运动学动力学特性，与传统解析法相比要快捷方便很多；用ADAMS建立了五杆机构模型，通过计算机仿真探索了机构各个参数对连杆曲线的影响趋势，并分析了这些参数对连杆曲线影响程度的大小；又以科学计算软件MATLAB的优化工具箱为工具，对实现预定轨迹的混合驱动五杆机构进行优化综合；利用ADAMS参数建模功能，建立混合驱动五杆机构模型，以传动角为例对模型的传动性能进行优化，并得到了传动性能得到明显优化的机构模型。
杨金堂, 孔建益, 李佳, 侯宇, 廖汉元[10]2008年在《受控机构学研究进展》文中研究说明介绍受控机构研究的主要历程,从"受控机构学"概念的提出,到受控机构的运动学、动力学、控制理论及其应用研究的主要成果,最后介绍试验台和应用实例。
参考文献：
[1]. 受控五杆机构运动动力学分析及控制系统研究[D]. 郭爱华. 武汉科技大学. 2004
[2]. 受控五杆机构实现轨迹理论与实验研究[D]. 杨金堂. 武汉科技大学. 2009
[3]. 基于拉格朗日方程的受控五杆机构动力学分析[C]. 郭爱华, 杨金堂, 孔建益. 第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集. 2004
[4]. 平面受控低副五杆机构虚拟设计系统的研究[D]. 刘怀广. 武汉科技大学. 2007
[5]. 考虑运动副摩擦的混合输入机构理论与实验研究[D]. 李仁军. 西安理工大学. 2009
[6]. 实现轨迹的受控五杆机构研究[D]. 潘莉. 武汉科技大学. 2004
[7]. 混合驱动六杆机构的研究[D]. 王汝慧. 中北大学. 2010
[8]. 弹性受控五杆机构精确实现轨迹的综合方法[J]. 杨金堂, 孔建益, 邵正宇, 朱晓宏. 机械设计. 2000
[9]. 混合驱动无干机构的分析与综合[D]. 方洋. 北京化工大学. 2007
[10]. 受控机构学研究进展[J]. 杨金堂, 孔建益, 李佳, 侯宇, 廖汉元. 武汉科技大学学报(自然科学版). 2008