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考虑关节摩擦的5-PSSUPU并联机构动力学建模及耦合特性分

发布时间:2022-10-01 04:36:37 来源:kok官网全站首页 作者:kok官网全站注册会员

  海面回收平台在海面不断移动摇摆,易导致回收航天器的倾斜摔倒,使航天器回收任务失败。 目前,仅美国太空探索技术公司成功研制了航天器的海面回收平台,于2016年4月“猎鹰9”运载火箭第一级在海面平台垂直降落成功,其他国家还未见相关报道。 对于已有一些舰载导弹发射动态平衡装置,该装置是在瞬时导弹垂直发射时,仅需要在发射前舰载装置平衡就可以完成任务,而航天器回收需要在变载荷冲击下不断平衡回收装置,且变载荷冲击很大。 因此,已有舰载导弹发射动态平衡装置不适用于航天器的海面回收平台。

  为了将并联机构应用于航天器的海面回收平台等领域,发挥并联机构的优势,浙江工业大学的科研工作者李研彪、郑航、孙鹏、徐涛涛、王泽胜和秦宋阳在《机械工程学报》2019年第3期发表了《考虑关节摩擦的5-PSS/UPU并联机构动力学建模及耦合特性分析》一文,该团队在考虑关节摩擦效应的情况下,采用牛顿-欧拉法建立该机构的动力学模型,并对该机构进行了耦合特性分析。首先,对5-PSS/UPU并联机构进行了运动学分析;然后,对每个构件单独进行受力分析,基于牛顿-欧拉法建立含关节摩擦效应的动力学模型;最后,在动力学模型的基础上,提取惯量耦合特性指标并给出耦合评价指标在机构工作空间下的分布规律,为该机构进一步研究及实际应用奠定了基础。

  该文提出一种新型5-PSS/UPU并联机构,该机构的驱动器都设置在装置的机架上,减轻了装置的负荷,提高了装置的驱动能力;具有运动稳定性高、实时控制性强等优点,该装置可应用于海平面回收平台等领域作为柔性自适应平衡调节系统装置。

  (1) 在考虑关节摩擦的情况下,利用牛顿-欧拉法建立5-PSS/UPU并联机构的动力学模型,并对各驱动支链进行动力学数值仿真。通过对比ADAMS仿真值与Matlab理论值,验证了动力学模型的正确性和考虑关节摩擦效应的必要性。

  (2) 基于动力学分析,推导出5-PSS/UPU并联机构在关节空间下的动力学模型,利用该模型对机构进行各支链间的耦合特性研究;研究结果表明通过合理的轨迹优化设计,可以在一定程度上减少动力学耦合特性对并联机构动态性能所产生的影响,该结果为5-PSS/UPU并联机构的轨迹优化设计和控制策略研究提供了重要的参考价值。

  李研彪(1978-),男,河北保定人,博士,教授,2004年、2008年于燕山大学分别获得硕士、博士学位,主要从事精密加工与机器人技术方面的研究。

  郑航(1993-),男,浙江衢州人,硕士研究生,主要从事并联机器人技术方面的研究。

  (1) 首先在柔性动态平衡转置的结构设计上为了能达到机构的自由度性质又能突出机构的创新性,作者通过查阅机构学的大量国内外资料,在前人的基础上提出了一种新型5自由度并联机构,并申请了多项国家发明专利。

  (2) 目前,对机械机构进行参数优化的方法主要是针对静态参数进行优化,由于结构参数设计没有考虑动态特性,将导致局部应力较大,甚至会使运动构件发生变形断裂等问题。静态优化方法主要包括遗传基因和空间模型技术等,上述研究方法均存在一些不足之处。所以,探讨和揭示运动构件尺度、材料、截面特性、质量刚度分布等对整个系统动态特性影响,以期形成一套行之有效的动态参数设计理论为机械结构参数优化设计方法奠定基础,将是一项有意义而富有挑战性的工作。课题组通过研究发现,要想实现动态结构参数优化设计,传统的将并联机构考虑成多刚体系统进行建模已经无法研究杆件的内部特性;因此必须考虑机构的部分柔性变形结合有限元工具来更加深入的展开动态特性研究等工作。

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