伪刚体模型

摘要： 柔顺微夹钳在微操作领域和微装配过程中与被夹持物直接接触,作为微操作和微装配系统中的末端微执行器,对实现微操作和微装配任务起重要的作用。设计一种基于直圆柔性铰链和簧片型等腰梯形柔性铰链的柔顺微夹钳机构,通过理论计算推导出等腰梯形柔性铰链的转动精度和转动刚度。采用压电陶瓷驱动方式,实现了位移的放大和夹爪位移的平行移动。建立了柔顺微夹钳的机械伪刚体模型,并利用伪刚体模型法建立了运动学模型,计算出位移放大倍数,得到了输入力、输入位移与输出位移的关系。通过有限元方法对系统建立的模型进行了仿真分析验证,结果表明理论计算结果与仿真结果一致。

摘要： 针对柔顺停歇机构的柔性构件在运动中产生的大变形、大挠度等几何非线性行为,采用伪刚体模型法来分析该类非线性大变形系统。首先,基于大挠度理论对大变形柔性梁进行屈曲分析,运用第一、第二类椭圆积分模拟初始状态为直梁的柔性梁,用多项式拟合得到其载荷—位移关系式。结合边界条件与受力特性,得到柔性梁的等效非线性弹簧伪刚体模型。在此基础上,运用牛顿定律建立机构运动学方程,通过MATLAB/Simulink建模仿真求得曲柄匀速转动时滑块的位置,得到机构具有双停歇特性的滑块位移曲线,揭示了滑块位移与时间以及曲柄转角之间的关系,并通过ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)仿真验证了理论模型的准确性。其次,为了提高柔顺停歇机构的操作精度和工作性能,对其频率特性进行研究。运用Lagrange方程从机构整体出发建立其动力学模型,推导出柔顺停歇机构固有频率的解析表达式,分析了柔性长梁的截面参数、柔性梁长度和材料性能参数对机构固有频率的影响。结果表明,不同的参数对机构固有频率的影响是不同的,因此在进行柔顺停歇机构的优化设计时要综合考虑各参数对机构动力特性的影响。研究结果为柔顺停歇机构的优化设计奠定了一定基础。

摘要： 针对精密加工过程对恒力控制的需求,利用折叠梁和双稳态梁,提出了一种基于正负刚度组合的常力机构,首先根据伪刚体模型得出了常力机构的整体数学模型,其次通过有限元仿真了常力机构输入位移与输出力之间的关系,并与理论计算结果进行对比验证,结果显示所建立的模型能准确反映常力机构的力学特性。使用粒子群算法(PSO)对常力机构的主要参数进行优化,结果表明优化后的常力机构能在输出位移为[2~4]mm的范围内保持约120N的常力,提升了机构的常力范围和平整度,可以满足加工过程中对恒力的需求。

摘要： 针对压电陶瓷输出行程有限和微夹持器末端不易实现平行输出的问题,设计一种具有二级位移放大机构和位移导向机构的微夹持器.基于伪刚体模型推导微夹持器的放大倍率、输入刚度和固有频率的理论模型,并通过有限元分析验证理论模型的正确性.探讨各结构参数对放大倍率和固有频率的影响.基于统一目标函数法,以提高微夹持器的放大倍率和固有频率为目标,对微夹持器的各结构参数进行了多目标加权优化.优化结果表明,微夹持器的放大倍率和固有频率都有较大提升,优化结果符合预期.由此可知该微夹持器具有较大的输出行程与良好的平行输出性能,设计符合预期要求.

摘要： 给出一种基于伪刚体模型的柔顺夹持器设计方法。基于附加弹簧双滑块四杆机构构造了一种具有恒力特性的柔顺夹持机构。建立了机构位置分析模型,利用虚功原理构建运动静力学方程,分析弹簧刚度对机构输出特性的影响,获得了具有一种恒力特性的柔顺夹持机构设计方法。基于伪刚体模型,将附加弹簧以柔性模块替代,得到一种新型柔顺恒力机构。利用有限元分析软件验证该机构理论模型建立柔顺恒力机构的可行性;构造了一种具有对称结构形式的新型柔顺恒力夹持器。该柔顺恒力夹持器的设计方法也可应用于其他类型附加弹簧机构的非线性刚度特性柔顺机构设计。

摘要： 针对传统方法求解全柔顺并联机构Jacobian矩阵存在奇异性的缺陷,基于三自由度平面全柔顺并联机构的伪刚体模型,提出一种微位移法来求解机构的Jacobian矩阵.先建立机构的伪刚体模型,并采用传统方法和微位移法得到机构的输入输出Jacobian矩阵;通过HyperMesh软件仿真和实验测试分别得到机构动平台中心点位移的仿真值和实验值.最后,将两种方法得到的理论值分别与仿真值、 实验值进行对比.对比结果表明:与传统法相比,微位移法的计算精度较高,误差较小,且验证了Jacobian矩阵的有效性,为全柔顺并联机构的运动特性分析提供了参考.

摘要： 设计了一种由压电陶瓷驱动的整体式平面3-PRR柔顺并联定位平台,平台每条支链采用半圆型柔性转动铰链和直角型柔性直线铰链代替传统的转动副和移动副,消除了传统机构的铰链配合间隙和摩擦,通过Ansys软件对两种铰链进行了刚度分析,并在支链的输入端设计了柔性杠杆位移放大机构以提高平台的工作空间.基于“伪刚体模型法”建立了柔顺定位平台的运动学模型,采用Ansys软件对柔顺并联平台进行有限元分析,得到其静力学特性,最后搭建了平台测试实验系统进行了验证实验.通过运动学模型解析结果和有限元仿真结果与实验结果对比,得到在z方向、y方向和转动角ψp的最大误差分别为10.81％,9.66％和9.79％,验证了运动学理论模型建模方法的可行性.

摘要： To analyze large deflection beams with inflection point in compliant mechanisms, a dynamic model of the compliant mechanisms with inflection point was established,and the kinetic equations were deduced based on the Lagrange equation. The curves of the angle of rotation were obtained in MATLAB software and compared with the simulation results of ADAMS software. Results show that the rotation angle of the joint at the inflection point varies significantly with the dynamic coupling between the rods. This reflects the difference between the dynamic model of the compliant mechanism with inflection point and the dynamic model of the compliant mechanism without inflection point. The dynamic model can reflect the complicated deformation and motion of the compliant mechanisms exactly.%为分析含拐点的大变形柔性梁的动态响应,建立含拐点的柔顺杆的动力学模型,基于拉格朗日方程推导其动力学方程组,在MATLAB软件中求解出其转角随时间变化的特性曲线,并与ADAMS软件仿真所得角位移曲线进行比较.研究表明:含拐点柔顺机构的拐点关节依靠各杆间的动力学耦合运动,拐点关节的转角变化很大,这体现了含拐点的柔顺机构动力学模型与不含拐点的柔顺机构动力学模型的区别,柔顺机构动力学模型能精确地反映柔顺机构的运动和变形.

摘要： 为提高四足机器人的运动性能,从仿生学出发,通过对猎豹的脊柱结构和躯干运动特征进行研究,设计一款刚度可调的四足机器人被动柔顺脊柱——“四叶草”脊柱.在此基础上,为了研究“四叶草”脊柱对四足机器人运动过程中的速度、足端力和转弯半径的影响,搭建了具有“四叶草”脊柱的仿生四足机器人样机——DCatⅡ,并进行了跳跃(bound)步态下的奔跑运动实验和转弯运动实验.实验结果表明,被动柔顺脊柱能够减小DCatⅡ运动过程中的足端力;在脊柱整体刚度为681N/m时,DCatⅡ的稳定运动速度最高,为0.92 m/s;脊柱在偏转(yaw)方向的刚度值越大,DCatⅡ运动的转弯半径越大.

摘要： 本文基于伪刚体模型，综合考虑柔顺机构中柔性构件的横向变形和轴向变形的影响，提出了带移动副的两自由度伪刚体新模型。用移动副和转动副分别描述构件的轴向位移和横向位移，模拟末端受（力和力矩）复合载荷作用下悬臂梁的变形，建立了柔顺机构的PR伪刚体模型。得出了模型的最优特征半径系数和刚度系数。通过数值模拟将PR伪刚体模型与1R、2R伪刚体模型以及柔顺杆对比，说明PR模型的优越性。

摘要： 基于柔性铰链的微位移放大机构以其结构紧凑,运动精度高、可单片加工等优点,被广泛应用于各种微装配的夹持装置以及超精密定位平台中。以某微央持机构为研究对象,基于伪刚体模型进行了机构的运动学分析,以改善机构的驱动效率和降低最大应力为目标建立了一种简单的优化模型,并利用改进的拉子群优化算法对其进行了优化设计,得到了较大的性能改善。

摘要： 本文讨论一种平面双稳态柔性MEMS的设计问题.首先给出机构稳定平衡位置的物理含义,柔性机构中常用的两种柔性单元及其相应伪刚体模型,建立两种类型平面双稳态柔性MEMS的伪刚体模型.提出一种允许随意指定稳定平衡位置点的具有较大自由度的优化设计方法,建立优化数学模型及相应约束准则,采用改进的遗传进化算法获得全局最优解.根据所得最优解对双稳态柔性MEMS进行分析,结果表明该设计方法有效.

摘要： 柔性机构是一种依靠构件元素所具有的柔性来输出全部(或部分)运动或力的机构.由于柔性机构所具有结构紧凑、重量轻、无间隙、无磨擦等优点,使其微定位、MEMS等领域得到广泛的应用.本文介绍了柔性机构理论研究现状和其在实际中的应用情况,以及目前还存在的问题.最后,展望了柔性机构在仿生领域的应用前景.

摘要： 柔性机构是一种依靠构件元素所具有的柔性来输出全部(或部分)运动或力的机构.由于柔性机构所具有结构紧凑、重量轻、无间隙、无磨擦等优点,使其微定位、MEMS等领域得到广泛的应用.本文介绍了柔性机构理论研究现状和其在实际中的应用情况,以及目前还存在的问题.最后,展望了柔性机构在仿生领域的应用前景.

摘要： 柔性机构是一种依靠构件元素所具有的柔性来输出全部(或部分)运动或力的机构.由于柔性机构所具有结构紧凑、重量轻、无间隙、无磨擦等优点,使其微定位、MEMS等领域得到广泛的应用.本文介绍了柔性机构理论研究现状和其在实际中的应用情况,以及目前还存在的问题.最后,展望了柔性机构在仿生领域的应用前景.

摘要： 柔性机构是一种依靠构件元素所具有的柔性来输出全部(或部分)运动或力的机构.由于柔性机构所具有结构紧凑、重量轻、无间隙、无磨擦等优点,使其微定位、MEMS等领域得到广泛的应用.本文介绍了柔性机构理论研究现状和其在实际中的应用情况,以及目前还存在的问题.最后,展望了柔性机构在仿生领域的应用前景.

摘要： 柔性机构是一种依靠构件元素所具有的柔性来输出全部(或部分)运动或力的机构.由于柔性机构所具有结构紧凑、重量轻、无间隙、无磨擦等优点,使其微定位、MEMS等领域得到广泛的应用.本文介绍了柔性机构理论研究现状和其在实际中的应用情况,以及目前还存在的问题.最后,展望了柔性机构在仿生领域的应用前景.

摘要： 本发明涉及一种基于伪Huber损失函数的三维点云刚体配准方法及系统，该配准方法包括步骤：S1、获取模型点云P和数据点云Q；S2、根据模型点云P和数据点云Q建立基于伪Huber损失函数的三维点云刚体配准模型；S3、对所述三维点云刚体配准模型进行优化，得到所述模型点云P和所述数据点云Q之间的第一刚体变换值。该方法通过建立基于伪Huber损失函数的三维点云刚体配准模型，伪Huber损失函数具有连续可导性，对异常点不敏感，能够有效降低外点对配准过程的影响，从而提高配准的效率和精度。

摘要： 本发明涉及一种释放风洞试验模型五个刚体自由度的模型支撑装置，包括多条钢索和结构挂架，在机身前部上、下端锚点分别通过前端上、下钢索与风洞上、下壁锚点连接，在机身上端锚点通过两根竖直钢索与风洞上壁的挂架连接，机身后部两侧锚点分别通过两根后部侧钢索与风洞两侧壁上配重连接，左侧后部侧钢索和右侧后部侧钢索与水平面平行。本发明解决了现有的风洞颤振及阵风试验全模支撑装置无法实现释放模型偏航、侧移、沉浮、滚转与俯仰五个刚体自由度的问题，具有结构简单，安全、可靠的优点。

摘要： 本发明公开一种释放风洞试验模型两个刚体自由度的模型支撑装置，包括上、下翼型、2个导轨安装座、上、下液压阻尼器、导轨、俯仰限位结构、运动实现机构、光栅尺，下翼型的上端通过导轨安装座与导轨的下端连接，上翼型的下端通过导轨安装座与导轨的上端连接，导轨的上端和下端分别安装有上和下液压阻尼器，运动实现机构穿过导轨与导轨滑动连接，试验模型与运动实现机构连接，运动实现机构上安装有俯仰限位结构，限制试验模型的俯仰角度。该支撑装置具有实用性强、结构巧妙、拆装简便的优点，避免了阵风发生器运动频率、模型振动频率与支撑装置固有频率的耦合问题，减小了阵风试验中模型支撑装置阻塞度大、强度弱、模型防护措施不当等问题。

摘要： 本发明实施例公开了一种数字家庭娱乐中三维模型的刚体模型建立方法，所述方法包括：在三维笛卡尔坐标系中建立三维游戏引擎中的刚体模型；基于质心坐标和质量值简化刚体模型；基于刚体模型创造碰撞检测包围盒；基于物理模拟系统对建立的刚体模型进行相交测试，判断图元间是否发生碰撞；基于三维游戏系统进行刚体模型的碰撞检测；基于三维游戏系统获得刚体模型碰撞响应结果。本发明实施例以胶囊体为三维游戏引擎中刚体的几何模型，该模型便于碰撞检测算法的实现，易于满足低计算量的要求。同时根据需要选取适当的物理量来建立简化的物理模型。结合刚体的几何模型和物理模型，建立三维游戏引擎中的刚体模型。

摘要： 本实用新型公开一种释放风洞试验模型两个刚体自由度的模型支撑装置，包括上、下翼型、2个导轨安装座、上、下液压阻尼器、导轨、俯仰限位结构、运动实现机构、光栅尺，下翼型的上端通过导轨安装座与导轨的下端连接，上翼型的下端通过导轨安装座与导轨的上端连接，导轨的上端和下端分别安装有上和下液压阻尼器，运动实现机构穿过导轨与导轨滑动连接，试验模型与运动实现机构连接，运动实现机构上安装有俯仰限位结构，限制试验模型的俯仰角度。该支撑装置具有实用性强、结构巧妙、拆装简便的优点，避免了阵风发生器运动频率、模型振动频率与支撑装置固有频率的耦合问题，减小了阵风试验中模型支撑装置阻塞度大、强度弱、模型防护措施不当等问题。

摘要： 本发明提供的一种用于分析固定-导向柔顺杆件的固定-导向1P2R伪刚体模型，其包括4根刚性杆件、2个转动副、2个扭簧和1个移动副、1个弹簧，所述4根刚性杆件通过2个转动副和1个移动副连接形成链状结构，其特征在于：所述链状结构一端被固定，另一端被“导向”呈中心点反对称，且所述转动副和移动副内分别设置有扭簧和弹簧。与固定-导向2R伪刚体模型比较，本发明提高了对固定-导向柔顺杆件的分析精度，同时添加的移动副和弹簧能充分表现杆件的轴向变形。

摘要： 本发明提供的一种用于分析固定-导向柔顺杆件的固定-导向6R伪刚体模型，其包括7根刚性杆件、6个转动副和6个扭簧，所述7根刚性杆件通过6个转动副首尾相连形成链状结构，其特征在于：所述链状结构一端被固定，另一端被“导向”呈中心点反对称，且所述转动副内设置有扭簧。与固定-导向2R伪刚体模型比较，本发明提高了对固定-导向柔顺杆件的分析精度，同时能完全模拟固定-导向柔顺杆件的中点处转角。

摘要： 本发明公开了一种柔性曲柄滑块机构的伪刚体模型，包括曲柄和柔性杆，曲柄能整周回转，柔性杆的一端与曲柄的自由端铰接，柔性杆的另一端通过特征关节与滑块铰接。所述特征关节内设置有扭簧。本发明考虑了柔性杆的运动情况，用影响疲劳强度的随机变量的概率假设方法来论述柔性曲柄滑块机构的优化设计问题。本发明是基于柔性机构的伪刚体模型，可再结合概率、疲劳、机构结构等知识，考虑机构运动的动力效果影响，以提出了一种柔性曲柄滑块机构的优化设计方法。

摘要： 本发明涉及参数化的自适应伪刚体建模方法，包括基于固定‑导向梁等效模型，将单个簧片等效为具有扭转刚度的旋转副，得到组合载荷作用下的自适应伪刚体模型；基于自适应伪刚体模型，将广义交叉簧片柔性铰链等效为四杆机构模型和单铰链模型，得到轴漂参数模型及刚度参数模型。本发明可得到组合载荷作用下的自适应伪刚体模型及自适应伪刚体模型下的相关参数的模型，且无需数值拟合求解过程，将广义交叉簧片柔性铰链的变形为问题等效为刚体运行学问题，可以得到组合载荷下的轴漂参数模型及刚度参数模型，揭示了广义交叉簧片柔性铰链与簧片之间的变形问题，且无需数值拟合求解过程，考虑到簧片的轴向载荷作用，可精确求解轴漂及刚度模型。

摘要： 本实用新型公开了一种柔性曲柄滑块机构的伪刚体模型，包括曲柄和柔性杆，曲柄能整周回转，柔性杆的一端与曲柄的自由端铰接，柔性杆的另一端通过特征关节与滑块铰接。所述特征关节内设置有扭簧。本实用新型考虑了柔性杆的运动情况，用影响疲劳强度的随机变量的概率假设方法来论述柔性曲柄滑块机构的优化设计问题。本实用新型是基于柔性机构的伪刚体模型，可再结合概率、疲劳、机构结构等知识，考虑机构运动的动力效果影响，以提出了一种柔性曲柄滑块机构的优化设计方法。