约束违约是创建多体系统动力学方程的常见问题。Baumgarte稳定方法是处理约束违约问题的经典方法,但选择合适的Baumgarte参数并不容易。这里基于经典的四阶Runge-Kutta法,通过系统的稳定性分析方法探讨了稳定参数的选择问题,缩小了参数的选择范围。对基于Udwadia-Kalaba方程创建的移动机器人解析动力学模型的仿真结果表明基于稳定区域参数的修正动力学方程的约束误差明显优于未做修正和基于非稳定区域参数的修正动力学方程的约束误差。因此,证明了所提方法的有效性。

径向永磁联轴器具有传递效率高、绿色环保及易于装配的传动特点,但由于其主、从动转子的不连接性,导致在制造安装过程中易产生安装误差,影响结构的稳定性进而会出现径向轴心大幅度振动的问题。由于内部磁场力表达式较为复杂,利用分析力学求解运动方程难以实现,为此,利用耗散系统的拉格朗日方程从能量的角度建立其动力学方程,根据实际参数利用Matlab对其进行求解,得到系统随误差值变化的分叉图和不同误差值下的位移响应图,得到系统稳定传动的安装精度;同时,也验证了所建立动力学模型的可行性。

基于被动行走原理,建立了被动两杆行走模型,推导了系统动力学方程并进行了数值求解。在此基础上,设计了4种能量转化模块及被动助力关节。结合人体工程学,设计了无动力外骨骼结构并进行了运动学仿真。利用理论研究成果,加工了原理样机,进行了相关测试及实验。

伸缩臂是液压旋转起重塔吊的重要部件,为了确保液压旋转起重塔吊的安全性,提出液压旋转起重塔吊伸缩臂瞬态动力学研究方法。根据液压旋转起重塔吊的额定起升荷载与额定起升压力,结合偏摆水平力计算伸缩臂的惯性力;在考虑风力系数、风压等的情况下,计算了塔吊伸缩臂的风荷载;建立了液压旋转起重塔吊的回转运动方程、变幅运动方程和伸缩运动方程,采用拉格朗日方程构建伸缩臂的瞬态动力学方程。实验结果表明,所提方法可以在不同风荷载下对伸缩臂的瞬态应力进行精准分析,较为准确地评估伸缩臂在不同工况下的受力情况,且具有较高的可靠性。

针对电液驱动的舰船并联稳定平台在实际工况下的振动问题,以电液3-UPS/S舰船并联稳定平台为研究对象,在考虑铰链刚度的基础上应用虚功原理建立稳定平台的动力学模型;通过海浪谱函数,计算了随机海浪激励下船舶的运动响应,进而得到稳定平台跟踪舰船运动的响应规律;分析了稳定平台在随机海浪激励条件下和初始工作空间内的固有频率变化特性;最后,为验证动力学模型的正确性,采用脉冲激励法对稳定平台样机进行模态试验,固有频率理论值与试验值的最大误差为4.66%,可以验证动力学模型的正确性。

带传动运转过程中带与带轮之间力的作用比较复杂,传统带传动运动和力的分析没有或只部分考虑惯性力的影响,全面考虑带的惯性力的影响可提高带传动运动和力分析模型的准确性.以带的线弹性和稳态运转为前提,将与带轮接触的带微元化处理,列出周向和径向的动力学平衡方程,并加以简化,得到带传动各动力和尺寸参数之间的微分方程;通过找出相关的物理方程、力与变形的本构关系和几何边界条件,建立动力学方程解的方法.对某平带传动进行理论计算,比较考虑惯性力和不考虑惯性力结果,发现传统方程高估带传动最大力矩,而低估了动角的数值.该研究可为带传动的分析提供理论基础和为带传动的设计提供参考.

设计了磁悬浮球系统模型,测量一定电流下磁悬浮球位移与受力得到磁悬浮球的电磁力表达式,推导了磁悬浮球运动的动力学方程。实测中磁悬浮球模型壳体与被测振动体刚性连接,通过光电传感器测出磁悬浮球与壳体的相对位移得到三维被测振动信号。通过标准振动台实测验证,小于120 Hz的最大绝对误差为±0.3 Hz,相对误差为±1.5%～±0.25%,120 Hz～5 kHz的最大绝对误差为±1 Hz,相对误差为±0.83%～±0.02%。由于磁悬浮球悬浮于空中,灵敏度高,具有良好的频率响应特性,磁悬浮球运动各向同性,不存在因粘贴传感元件带来的极间耦合问题,与传统多维振动测量方法相比较该方法具有独特的优势。

这里基于功率键合图的原理和特点,建立了IC芯片粘片机并联焊头机构的功率键合图模型和动力学方程,并用Matlab/Simulink进行了仿真。结果表明使用该方法可以用简明的图形方式直观揭示出机构的动力学特征,动力学方程建立的规则化便于计算机自动生成。

将气动人工肌肉作为执行器驱动灵巧手完成抓取任务,对灵巧手的单关节建立了运动学与动力学模型,建立了气动人工肌肉的理想几何模型,建立了灵巧手指关节的非线性控制模型,设计了自适应控制律。在Simulink中使用PID控制器和自适应跟踪控制器,对模型进行控制仿真,通过分析仿真结果,对PID控制与自适应跟踪控制的控制效果进行评价。

拉格朗日方程是通用六自由度工业机械臂进行动力学分析的常用方法。然而,当关节自由度多于三时,其动力方程的展开式相当复杂,完整地求出其表达式并不现实。考虑到通用工业机械臂的满足Pieper准则的特殊结构,只考虑机械臂的前三关节,并将腕部三个关节看作为动力效应的外部干扰,对其进行动力学分析,并通过ADAMS进行对比验证。结果表明,当只考虑机械臂前三关节时其动力学特性与考虑全部六关节相比不失一般性,且具有较小的误差。