混凝土喷射台车工作臂逆向运动学研究

混凝土喷射台车机械臂设计十分复杂,机械臂末端执行器工作路径的控制问题是设计的关键。为解决各关节驱动控制的问题,研究机械臂结构和执行器工作路径的关系,利用D-H法建立机械臂的运动数学模型,给出其逆向运动学解。利用Matlab和COSMOSMotion计算预定喷射路径下机械臂的杆件参数,通过虚拟样机实验仿真机械臂的运动。仿真结果满足工作要求,验证了逆向运动学解的正确性。该方法可应用于类似机械臂的研究。     

直线导引型前独立悬架及转向杆系的设计与动力学仿真

研究了一种理论上能做直线导引运动的新型空间机构,基于这一空间机构和相匹配的转向杆系,建立了汽车前独立悬架系统动力学模型。考虑悬架导向机构的结构参数、转向杆系对车轮运动的影响以及橡胶衬套的变形,通过仿真分析,得出了该新型前独立悬架的主要运动学特性参数的变化规律,验证了理论分析结果。与麦弗逊和双叉臂式前悬架主要运动学特性参数进行对比表明,该新型前独立悬架具有优异的运动学性能,与其匹配的转向杆系能最大限度地减小转向干涉。     

基于ADAMS的无避让侧方位立体停车设备 升降机构设计

为研究无避让侧方位立体停车设备四杆升降机构的运动规律和驱动装置的受力情况,采用SOLIDWORKS三维制图软件对四杆升降机构进行三维建模,利用ADAMS运动学仿真软件对四杆升降机构运动过程进行模拟分析得到四杆升降机构的驱动力,为驱动系统的设计提供重要依据,根据分析结果进行结构优化,得到最优的结构形式。     

基于机械臂的隧道波纹钢支护结构装配控制技术探究

为研究隧道新型波纹钢初期支护快速装配施工技术,基于隧道施工常用工业机械臂分析实现搬运装配等特定功能的控制方 法和二次开发手段。主要研究和结论如下: 1)从机械臂的计算机集成控制角度出发,提出实现工业机械臂二次开发功能(如智能 装配或搬运)的研究思路。研究中选用ABB 机器人RobotStudio 离线编程平台,完成机械臂运动算法的预编程。机械臂与计算机之 间采用PC SDK 方式进行通信,交换运动目标点等数据。在计算机端联合开发设计C#程序模块,实现网络集成控制及用户交互的 功能。2)为验证控制方案的合理性,在RobotStudio 中导入波纹钢3D 模型并搭建机械臂装配虚拟仿真试验平台,设置工作站I/ O 信 号逻辑。3)利用二次开发软件控制波纹钢搬运装配运动的仿真试验运行成功,验证了基于机械臂的波纹钢装配集成控制技术的可 行性,虚拟试验仿真数据可以为实际应用提供可靠的参考,并为未来波纹钢支护结构装配施工智能化的相关研究提供基础成果。     

基于ADAMS/CAR的麦弗逊式悬架建模和仿真

本文通过机械动力学分析软件ADAMS/CAR建立某车的麦弗逊式前悬架模型,在运动学和弹性运动学模式下分别对模型进行仿真分析。为悬架进一步的研究和优化设计提供理论参考和指导。     

国外三种典型垃圾转运车机械臂上料机构技术分析

<正>通过对国外三种典型的垃圾转运车机械臂上料机构进行结构、运动过程、参数特点等方面的分析,进一步总结出三种机械臂上料机构在性能上的优缺点,为适合国内垃圾收运特点的机械臂的研发提供了参考。     

挖掘装载机装载工作装置有限元分析

挖掘装载机是一种新型工程机械,其装载工作装置是特殊八杆机构.模拟了动臂油缸、翻斗油缸模型和工作装置的有限元模型,对工作装置在正载及偏载工况下进行有限元分析,得出动臂应力分布图,从而找出动臂结构上的最大应力分布区,为产品改进设计提供依据.     

一种单关节式机械手最优轨迹设计

提出了一种单关节式机械臂的运动轨迹优化问题,建立二阶线性系统。以机械臂末端运动相较于理想轨迹所消耗的能量最少为目标函数,将连续性轨迹离散化,通过差分进化(DE)算法对运动轨迹优化处理。结合三次样条插值法确定出连续的轨迹,利用PD控制方法,实现对最优轨迹的跟踪,使得最终运动过程中消耗的能量达到最小。仿真结果表明,该算法的轨迹优化收敛速度高,智能性强。     

驾驶机器人换挡机械手刚柔耦合运动分析

为揭示换挡机械手连杆弹性变形对换挡位移和速度的影响,本文中进行了驾驶机器人换挡机械手刚柔耦合运动分析。首先在分析换挡机械手运动原理的基础上,建立了换挡机械手运动学模型,推导了换挡机械手运动学方程,通过运动学方程求逆得到了选挡和挂挡电机轴的位移。然后分别建立了换挡机械手的多刚体模型和刚柔耦合模型,并将选挡和挂挡电机轴的位移作为输入,进行换挡机械手两种模型运动学对比仿真,以分析换挡机械手运动轨迹和换挡误差。最后进行整车换挡位移和速度的仿真和试验,结果两者的趋势基本一致。     

城市工况下基于改进RRT的无人车运动规划算法

为解决城市结构化道路环境下的无人驾驶汽车运动规划问题,针对换道和转向两种工况设计了快速偏向性RRT(FB-RRT)算法。首先以几何分析所得的安全的曲线控制点初始化RRT,随后以驾驶行为为引导并结合决策给出的目标点设计偏向性采样策略,基于车辆运动学特性设计度量基准,设计快速邻近点搜索策略,并结合环境地图保证扩展节点的安全性。最后,对RRT进行修剪和重构。通过仿真和实车测试验证了该算法的有效性和实用性。     

车载式绿篱修剪机的设计与仿真

利用三维建模软件Pro/E对车载式绿篱修剪机进行了总体设计,建立了绿篱修剪机的实体模型。分别利用仿真软件ADAMS和ANSYS对绿篱修剪机的工作装置进行运动学和动力学仿真,得到了其作业范围等运动学参数以及刀盘结构的振动特性,为车载式绿篱修剪机整机设计的合理性提供了依据。     

提升三轮摩托车制动性能的研究

通过对＂机械拉杆式＂制动结构三轮摩托车＂自制动＂现象的分析,将行车制动系后摇臂末端销轴孔中心的运动轨迹,拟合成固定圆心和半径的一段圆弧,后拉杆前端设计在该圆弧的圆心上,并使后拉杆末端始终在该圆弧上运动,从而有效解决了＂自制动＂问题,为其他＂机械拉杆式＂三轮摩托车＂自制动＂问题的解决提供了参考。     

重型工程车推力杆的设计匹配

以某重型工程车为基础,通过建立平衡悬挂受力分析模型,计算出推力杆在各极限工况下受力值的大小。结合常见推力杆实际使用故障,通过CAE辅助分析手段对推力杆结构进行了优化设计,并对优化后的结构进行了扭转、拉伸、弯曲和疲劳试验。试验结果表明,优化设计后的推力杆完全满足重型工程车在恶劣工况下的使用要求。     

自动紧急转向导致斜角碰撞的一体化仿真分析

在前方道路突然出现障碍物的危急情况中，车辆采用自动紧急转向来避障，由于情况紧急，车辆在转向过程中仍可能与其他道路参与者发生碰撞事故。当车辆采用自动紧急转向避让道路前方路口突然闯入的车辆时，与对向来车发生斜角碰撞，由此，对该特定场景的转向-碰撞全过程进行一体化仿真，分析乘员在转向阶段因车辆横摆和侧倾运动引起的离位现象以及离位在碰撞过程中对乘员的动态响应和损伤造成的影响。首先，建立由自动紧急转向导致的斜角碰撞场景；其次，在该场景中，确定车辆在最小避障距离内的紧急变道路径，并计算车辆和乘员在变道过程中的动态响应；碰撞事故发生时刻选取为本车在紧急转向过程中易与对向来车发生碰撞的时刻，且在该时刻乘员具有较大潜在损伤风险；然后，在时域上结合车辆转向阶段和碰撞阶段的运动响应，将其作为整体输入，对乘员在全过程的动态响应进行一体化仿真；最后，分析离位对乘员损伤的影响规律以及影响因素。研究结果表明：紧急转向会导致乘员产生明显的横向离位，降低了约束系统对乘员的保护效果，致使乘员头部和颈部在碰撞中的人车相对运动速度和相对位移明显增大；横向离位使得乘员头部偏离安全气囊中央区域，降低了安全气囊的保护作用；这2个因素导致了乘员头部损伤评价指标H_HIC36增加7.20倍，颈部损伤评价指标N_ij增加2.32倍；乘员头、颈部损伤具有随横向离位程度减小而减小的趋势。     

基于前车轨迹预测的高速智能车运动规划

针对现有运动规划算法大多只考虑障碍车当前状态,本文中提出一种基于前车运动轨迹预测的高速车辆运动规划算法。首先,融合考虑驾驶意图与基于车辆运动模型的方法对前车轨迹进行预测;然后,采用贝塞尔曲线(Bezier)规划主车运动轨迹,结合避撞过程中与前车碰撞风险概率,高速避撞车辆速度变化特点以及车辆运动稳定性等因素建立目标函数,并考虑车辆动力学与运动学约束,使用序列二次规划(SQP)方法对Bezier曲线的控制点和主车运动目标点位置进行优化求解,得到最优避撞运动轨迹;最后,以前车直行和换道两种工况为例,对主车的避撞运动轨迹进行规划,分析不同工况下主车避撞过程中的运动状态变化以及与前车碰撞风险概率变化。结果表明,所提出的运动规划算法能够保证车辆的避撞安全性与运动稳定性。     

Influence of wheel–rail contact modelling on vehicle dynamic simulation

This paper presents a comparison of four models of rolling contact used for online contact force evaluation in rail vehicle dynamics. Until now only a few wheel–rail contact models have been used for online simulation in multibody software (MBS). Many more models exist and their behaviour has been studied offline, but a comparative study of the mutual influence between the calculation of the creep forces and the simulated vehicle dynamics seems to be missing. Such a comparison would help researchers with the assessment of accuracy and calculation time. The contact methods investigated in this paper are FASTSIM, Linder, Kik–Piotrowski and Stripes. They are compared through a coupling between an MBS for the vehicle simulation and Matlab for the contact models. This way the influence of the creep force calculation on the vehicle simulation is investigated. More specifically this study focuses on the influence of the contact model on the simulation of the hunting motion and on the curving behaviour.     

一种沉井潜入式竖井掘进机结构设计与研究

为解决传统竖井施工中机械化程度低、人力消耗大、安全风险高等问题，研发了一种沉井潜入式竖井掘进机。该掘进机可以实现开挖、出渣、支护同步作业，自动、高效施工。针对沉井潜入式竖井掘进机的相关结构进行研究： 1）系统阐述沉井潜入式竖井掘进机的结构组成和工作原理； 2）基于受力特性和运动特性，分别对其工作装置进行力学特性分析和运动学特性分析，构建其运动学分析简易模型； 3）采用有限元法对关键部件进行静强度分析，得到其对应的应力云图和变形量云图，验证关键部件在强度和刚度方面符合设计要求； 4）基于虚拟样机技术对其关键部件以及关键位置处进行运动学研究和动力学研究，得到其位移和受力曲线图。结果表明： 该竖井掘进机结构设计、力学特性分析以及运动学分析合理，有限元法和虚拟样机技术运用可行。     

Partial range scaling method based washout algorithm for a vehicle driving simulator and its evaluation

Unlike an actual vehicle, a vehicle driving simulator (VDS) has limited kinematics, workspace, and bounded dynamic characteristics making it very difficult to simulate dynamic motions of an actual vehicle. To solve these problems, a washout algorithm was developed. The developed algorithm restricts the workspace of the VDS to within the kinematic limit and makes the person driving the VDS perceive movement of an actual vehicle. However, the classic washout algorithm contains several problems, such as time delay and the generation of a wrong motion signal caused by characteristics of the filters. So the driver feels “simulator sickness,” such as fatigue, nausea, headache and so on because of differences between the sense of movement of the VDS and that of a real vehicle. In this paper, a partial range scaling method based washout algorithm, including a tilt coordination system, is developed to enhance the perception of motion and reduce simulator sickness. It is verified by a simulation, a survey, and a bio signal analysis using an electrocardiogram (ECG).     

基于交互多模型的车辆质量与道路坡度估计（双语出版）

车辆结构参数和道路环境信息的实时准确获取是提高智能汽车运动控制性能的重要因素之一，而车辆质量与道路坡度信息是多种汽车控制系统的必要信息，因此质量与坡度在线估计的研究一直受到关注。针对车辆质量与道路坡度的联合估计问题，提出了一种基于交互多模型的质量与坡度融合估计方法。首先，设定了适宜进行质量精确估计的工况条件，据此提出了基于模糊规则的质量估计置信度因子计算算法，进而设计了基于置信度因子的递推最小二乘车辆质量估计算法，以实现质量的在线估计。然后，以车辆纵向动力学模型为基础，建立了运动学和动力学2种坡度估计模型，并设计了基于运动学模型的线性卡尔曼滤波坡度观测器，基于电子稳定性程序ESP的纵向加速度信息实现坡度估计，设计了基于动力学模型的无迹卡尔曼滤波坡度观测器，基于ESP和发动机管理系统EMS的力信息实现坡度估计。运动学模型未考虑车辆姿态信息，坡度估算结果与实际值有偏差；动力学模型对模型精度要求高，算法稳定性差，为充分发挥2种方法优势实现坡度的精确估计，采用交互多模型算法实现了2种坡度估计方法的加权融合。最后，对所设计的算法进行了实车试验验证。结果表明：所设计的质量与坡度估算算法具有较好的实时性和准确性，适合智能汽车运动控制的应用需求。     

无人驾驶机器人车辆非线性模糊滑模车速控制

为了实现不同行驶工况下车速的精确、稳定控制，提出一种基于非线性干扰观测器的无人驾驶机器人车辆模糊滑模车速控制方法。考虑模型不确定性和外部干扰对车速控制的影响，建立车辆纵向动力学模型。通过分析无人驾驶机器人油门机械腿、制动机械腿的结构、机械腿操纵自动挡车辆踏板的运动，建立油门机械腿和制动机械腿的运动学模型。在此基础上，分别设计油门/制动切换控制器、油门模糊滑模控制器以及制动模糊滑模控制器，并进行控制系统的稳定性分析。油门/制动切换控制器以目标车速的导数为输入来进行油门与制动之间的切换控制。油门模糊滑模控制器和制动模糊滑模控制器以当前车速以及车速误差为输入，分别以油门机械腿直线电机位移和制动机械腿直线电机位移为输出来实现对油门与制动的控制。模糊滑模控制器中，为了减少控制抖振，滑模控制的反馈增益系数由模糊逻辑进行在线调节。模糊滑模控制器中的非线性干扰观测器用于估计和补偿无人驾驶机器人车辆的模型不确定性与外部干扰。仿真及试验结果对比分析表明：本文方法能够精确地估计和补偿无人驾驶机器人车辆的模型不确定性和外部干扰，避免了油门控制与制动控制之间的频繁切换，并实现了精确稳定的车速控制。