基于ADAMS并联机构摇摆台运动学和动力学仿真

介绍了一种用于船舶辅机设备陆地性能测试的三自由度并联机构摇摆台.主要模拟特定海况下横摇、纵摇和升沉运动,不但分析了该结构摇摆台的空间结构和空间运动姿态的位置解算,还应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了虚拟样机模型,给出了一种基于ADAMS的求解并联机构摇摆台运动学和动力学的方法,获得了有关运动学及动力学特性曲线,为船舶辅机摇摆台系统的设计、制造、创新和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数.     

基于拓扑优化理论的3-PRR型全柔顺并联机构构型设计及实验测试

采用微运动学原理和同构特性计算传统的3-PRR并联机构的微分Jacobian矩阵,以微分Jacobian矩阵为运动约束,以优化前后材料体积比为约束条件,以柔度最小化为优化目标构建3-PRR型全柔顺并联机构的SIMP优化模型,运用Opti Struct求解器求得3-PRR型全柔顺并联机构的最佳构型,并对最终的构型进行加工制造和实验测试。理论和实验研究表明:基于同构性构造的3-PRR并联机构与基于拓扑优化设计的3-PRR型全柔顺并联机构对比,微运动特性具有一致性且均处于同一微分数量级。拓扑优化理论在工程结构优化问题中的应用具有一定的参考价值。     

五自由度船舶靠泊装置机构设计及运动分析

为提高船舶靠泊安全系数，减少大型船舶靠泊事故的发生，设计一种以两转动一平移3-RPU并联机构为主体结构的5自由度船舶靠泊装置。基于螺旋理论和修正G-K公式，计算出并联机构的自由度；利用齐次位姿变换建立各连杆矢量方程，推导出并联机构位置正反解数学表达式，基于位置反解表达式求出并联机构的雅克比矩阵，根据雅克比矩阵对3-RPU机构的三类运动学奇异性进行分析；建立机构驱动关节速度与动平台速度之间的关系，对正反解的研究结果进行数值验证，并运用MATLAB对位置和速度反解进行仿真；采用蒙特卡洛法求解并联机构的可达工作空间，并运用MATLAB编程绘制出工作空间三维图和截面图，验证了3-RPU并联机构的可行性，为3-RPU并联机构的应用提供理论依据。     

船载串并混联海上稳定廊桥动力学建模与分析

设计了一种新型3-UPU/UP-RRP串并混联海上稳定廊桥机构，并对其进行了动力学建模与分析。利用矢量法推导并联机构各构件的速度与加速度，求解得到机构各分支的Jacobi矩阵；运用虚功原理求出3-UPU/UP并联机构的动力学模型，利用牛顿-欧拉迭代动力学方程分别对RRP串联机构中的关节力进行迭代分析，进而得到RRP串联机构的动力学模型。通过理论计算与动力学仿真分析验证了动力学模型的准确性，根据稳定补偿仿真分析得出该补偿方案具有较高的精确度。     

Stewart型并联平台跃度映射

以刚体速度的旋量描述为基础,推导刚体跃度的旋量表达式.在此基础上利用旋量的李括弧运算,得到6自由度UPS串联机构的跃度映射.将串联机构的跃度映射推广到并联机构,建立Stewart型并联平台的跃度映射模型,得到表征跃度映射的三阶影响系数矩阵.该矩阵为四维矩阵,只与机构的位型有关,根据机构类型、运动学尺寸及广义坐标,即可直接得到该矩阵.以XYZ欧拉角为例,推导出上平台的姿态三阶导数与其角跃度的变换公式.最后通过虚拟样机仿真和理论计算的对比验证了跃度映射模型的正确性.     

基于旋量理论的空间机器人动力学建模研究

在旋量理论和Kane方程的理论基础上,将旋量理论和Kane方程相结合,找到理论的结合点——偏速度,即雅可比矩阵,引入了偏速度旋量的概念;介绍了求解机器人雅可比矩阵的新方法——将矢量积和旋量理论相结合的方法,推导出了基于旋量理论的Kane动力学方程。     

并联机构6-PRUU的运动学分析研究

文中提出了结构合理的6-PRUU并联机构,并对其进行运动学分析研究.建立了6-PRUU并联机构的位置正解和反解方程,并用数值法进行求解;建立了该机构的速度、加速度模型与相关的铰链约束模型;在位置分析的基础上采用Matlab软件进行定姿态下工作空间分析,确定了该并联机构的工作空间边界,将工作空间形状用可视化形式显示出来,为进一步研究该机构提供了基础与依据.     

船用波浪补偿稳定平台的稳定性研究

对于船用波浪补偿稳定平台,由于机构复杂,耦合度/非线性高,因此建立准确的动力学模型是实现补偿稳定控制的前提。论文研究的波浪补偿稳定平台以Stewart平台为主体,基于其机构的特点及运动耦合性,通过欧拉角坐标转换法,运用运动学逆解分析其运动特性,求得机构的Jacobi矩阵;采用Lagrange方程从能量的观点求出机构完整的动力学方程,得出"惯量"为主要的耦合量;运用微分几何控制法解耦,得到上平台的运动规律。通过理论仿真与试验分析,验证了所建的动力学模型的正确性,为实现波浪补偿稳定平台高精度解耦控制提供了重要的理论依据。     

船载三自由度并联稳定平台的设计及运动学分析

针对船载设备在海洋中会受到6个自由度的影响,设计一种船载三自由度稳定平台,能够补偿升沉、横摇和纵摇.分析了稳定平台的逆运动学特性,利用Matlab/Simulink的Simscape工具建立了虚拟样机测试系统.在平台模型中添加了姿态传感器,根据逆运动学算法,实现了虚拟样机仿真系统的物理仿真.实验表明,设计的三自由度并联...     

基于Kane动力学和通路矩阵的水下自重构机器人建模

文章推导出基于通路矩阵和Kane方法的水下自重构机器人的运动学和动力学方程。引入图论的知识解决水下自重构机器人的统一构形描述问题,提出采用通路矩阵描述水下自重构机器人的不同构形,结合Kane方法,建立了水下自重构机器人的运动学和动力学模型。以水下自重构机器人的典型构形(水下四足行走构形)为例,验证了该方法的有效性和可用性。     

An Application of Homogeneous Matrix Method of Multi-body System to the Dynamic Response of Floating Bridge

浮桥在快速移动重载作用下,荷载移动速度有可能接近甚至超过浮桥位移波的传播速度,这样就会造成移动荷载前方浮桥位移波的堆积效应.文中简要介绍了多体系统齐次矩阵方法,包括6个4×4阶动力学和运动学矩阵和它们之间的关系,并基于齐次矩阵方法对浮桥进行建模和求解.通过数值模拟和已有的模型试验都表明:当荷载的移动速度较大时,浮桥多体系统的运动呈现明显的波动现象,速度越大位移波的堆积越明显.     

机械手位姿方程组的计算机自动生成及求解

对于只含（或简化后只含）R，P，C和H副的串联机械手，已知运动副类型和相应的机械参数等信息，在计算机上用完全有效元素法自动生成其矩阵形式的位姿方程，通过三角变换进一步自动建立由9个以上多项式方程组成的多项式方程组，并采用m≥n的结式消元法求解，本文的特点是完全利用了位姿矩阵方程中的9个有效元素，所得解即为机械手的运动学解，用m≥n的结式消元法消元得到便于求解的三角型组，并用计算机一次完成了方程组的建立和求解。     

鱼雷纵向操纵性研究

鱼雷是一个复杂的非线性系统，其空间运动方程包含6个动力学方程和9个运动学方程，有15个未知参数，求解此方程组的解析解很困难，只能进行数值求解，而操纵性的研究一般是对其运动和侧向运动分别研究，为此本文在研究鱼雷航行条件的基础上，在一定的假设条件给出简化方程。基于此，对鱼雷的操纵性进行了研究，文中以纵向运动为例进行了实际计算。     

潜艇PMM实验的CFD仿真技术研究

操纵性是现代潜艇最重要的总体性能之一.为预报潜艇的操纵性能,需求得所有的水动力导数.借助CFD技术和动网格技术数值模拟小振幅平面运动机构试验,求解了SUBOFF主艇体的水动力导数,并与混合分布法计算的附加质量项作了比较,二者符合良好,从而验证了方法的有效性.流场的求解基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,动网格的处理采用Hrvoje Jasak和Zeljko Tukovic的方法,压力和速度的耦合采用PIMPLE方法解耦.流场的控制方程采用有限体积法离散且分离式求解,网格运动的控制方程采用有限元方法离散,网格的分裂采用体和面同时分裂法.     

矩阵方程AX-XTB=C可解的充要条件

利用矩阵的广义逆矩阵理论,通过把矩阵方程化为与其等价的方程组求解,给出方程有解的充要条件,并给出在有解条件下方程通解的表达式。     

基于凯恩动力学的AUV建模

推导出基于凯恩动力学的AUV运动学和动力学方程。采用广义速度取代速度和角速度,给出了广义惯性力和广义主动力的计算方法。推导出作用在AUV上的水动力的计算方法,并通过仿真实验给出了水动力系数。为了验证该模型的有效性,对AUV的深度控制、前进距离控制进行了仿真。仿真结果表明,该模型是有效的。     

一种新型五自由度混联机器人的动力学研究

所要研究的对象是一种由2RRU/RUU并联机构和RP串联机构组成的五自由度混联机器人,它适用于一条自动化生产线上,用来完成物料的抓取和搬运工作。该机器人既有串联机器人工作空间大的优点,又有并联机器人刚度大、精度高的优点,但是这也增加了其动力学分析的难度。我们首先采用有限元分析软件对其进行了模态分析、谐响应分析等动态性能分析,接着采用牛顿-欧拉法推导出该模型的动力学方程,并借助MATLAB软件进行了动力学仿真,验证了建模的正确性。     

内流对顶张力立管动力响应影响分析

文章分析了内流对顶张力立管在波浪和海流激励下的动力响应的影响.考虑内部流动流体的动能采用功能原理建立了立管的运动控制方程.然后采用伽辽金有限元法得到了非线性矩阵方程,并在时域内编制了相应的求解程序.最后对立管的动力特性和动力响应进行了详细分析,主要分析了内流等对其的影响.结果发现内流对动力响应有重大影响,其影响在分析中不可忽略.     

大型柱壳结构激光圆度检测的转站技术

利用矩阵转换的方法,通过对转站前后6个公共检测点的测量,建立三维坐标包含转站位置参数的矩阵方程,通过对矩阵方程数值求解,确定了转站前后坐标转换矩阵。通过对单站与转站测量的结果进行比较,验证了此方法的有效性,从而实现了高精度的转站测量。     

空间复合材料加筋板流固耦合振动分析

本文用结构有限元与流体边界元方法研究了空间复合材料加筋板结构的流固耦合自由振动，推导了用于结构分析的分项插值型复合材料八节点板单元和三节点梁单元，以及用于流场分析的线性边界单元。用修正的RIRZ向量法与波前法相结合的方法求解特征值问题，避免了因附连水质量引起的结构质量矩阵为满阵的内存困难和非对称矩阵方程约化困难。算例表明，附连水质量对复合材料结构的动力特性影响要比各向同性材料严重得多。