陈原
- 作品数：16 被引量：51H指数：4
- 供职机构：山东大学威海分校更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金山东省自然科学基金更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术机械工程交通运输工程航空宇航科学技术更多>>
- 矢量推进解耦球面并联机构动力学研究被引量：5
- 2015年
- 为实现水下机器人的矢量推进,提出了一种2自由度解耦球面并联机构。基于螺旋理论计算了机构的自由度,分析了机构的运动学,获取了机构的运动学正逆解。利用一阶运动影响系数法推导出了机构的雅可比矩阵,并在旋量形式的牛顿-欧拉方程基础上,运用船舶水动力学的螺旋桨推进理论,建立了机构的动力学方程,并给出了相应的数值算例。
- 张荣敏陈原高军
- 关键词：球面并联机构
- 二移动一转动并联机构构型综合研究被引量：1
- 2011年
- 基于并联机构单开链拓扑结构的型综合方法,系统地阐述了输出运动为二移动一转动并联机构的拓扑结构型综合方法,并综合出了静平台上以三个转动副或移动副为主驱动,且输出运动具有部分解耦特性的8种二移动一转动的并联机构。以及提出了将单开链支路分为简单单开链支路、复杂单开链支路以及混合单开链支路的新概念。基于基本回路的对称性、机构耦合度、控制解耦性等拓扑特性,对所综合出的8种二移动一转动的并联机构进行了分类。最后依据不同的设计要求,推荐优选不同的结构类型。
- 陈原李兵
- 关键词：并联机构拓扑结构型综合
- 一种水陆两栖机器人的两移两转串并混联腿机构被引量：3
- 2018年
- 为了适应水陆两栖机器人的复杂工作环境,提出一种同时拥有直线驱动和转动驱动的串并混联四足步行机器人。将串并混联机器人腿部机构简化为2UPU-UPR并联机构,并运用螺旋理论分析该并联机构的自由度特性,Y方向的位置和Z方向的姿态是影响机构运动的两个独立变量。推导出了2UPU-UPR并联机构的运动学反解及其速度雅克比矩阵,并根据速度雅克比矩阵分析了该机构的三类运动学奇异位形,2UPU-UPR并联机构没有运动学反解奇异,但是存在四种运动学正解奇异和两种混合奇异。通过对该机构组成的四足机器人进行直行步态规划,验证了机器人的运动稳定性;对一简单实例进行了单腿机构运动学仿真,分析其输入输出变化关系。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。
- 马广英陈原姚云龙高军
- 关键词：并联机构运动学奇异性步态规划
- 多种运动模式下水下机器人导管螺旋桨的敞水性能研究被引量：4
- 2018年
- 导管螺旋桨具有较大的推进力以及高效的姿态调整功能,能极大地提高水下机器人的推进效率。为了探索水下机器人运行时桨叶的振动、推力的产生和噪声的来源,文中利用计算流体动力学研究了直航、斜航和后退等多种运动模式下导管螺旋桨的推力系数、转矩系数和推进效率等敞水性能,并对螺旋桨弦向压力分布、桨叶表面的压力分布和速度分布分别进行了仿真研究,这些结果对工程实践中导管螺旋桨的选择具有重要的指导意义。
- 陈原于飞李静
- 关键词：水下机器人导管螺旋桨敞水性能计算流体动力学
- 无鳍舵矢量推进水下机器人纵向稳定性研究被引量：6
- 2017年
- 为了提高水下机器人低速航行时的机动性,提出了将一种基于球面并联机构的矢量推进螺旋桨应用于水下机器人,建立了旋量形式的六自由度运动学模型。针对矢量推进的二维转动角分解了矢量推力,得到了三维方向上的比例因子,基于牛顿-欧拉法建立了矢量推进水下机器人的动力学模型。同时提出了以矢量推进的比例因子作为输入量,利用拉普拉斯变换建立纵向运动的复数域扰动模型,基于扰动模型提出了无量纲化的矢量推进稳定裕度指标。数值算例验证了水下机器人无鳍舵矢量推进方式的有效性与稳定性。
- 张荣敏陈原高军
- 关键词：水下机器人并联机构动力学操纵稳定性
- UPR-UPU-UR矢量推进机构的推进性能研究
- 2020年
- 为了实现水下机器人的推进装置具备空间姿态调整和大转矩的动力传递功能,本文提出了UPR-UPU-UR矢量推进机构。首先,运用螺旋理论计算了矢量推进机构的自由度,基于解析法构建了矢量推进机构的位置模型。其次,推导出了矢量推进机构的输出矢量和输入矢量之间的关系,并采用粒子群优化算法对矢量推进机构进行了位置正解计算。然后,基于矩阵分析法从速度雅克比矩阵和机构特征性角度研究了机构奇异性,计算了矢量推进机构动平台的工作空间。最后,搭建了UPR-UPU-UR矢量推进机构的实验平台,并进行了试验研究。数值仿真和实验结果表明粒子群优化算例在绝对误差小于0.001°下可获得机构动平台的精确位姿,机构的矢量推进性能实验值与理论值存在的最大误差为5%,这证实了该机构具有良好的运动特性和推进性能。矢量推进机构是通过改变两条支链长度来调整螺旋桨的推力方向,使机器人可以具备偏航、俯仰、横滚等多种运动模式,有助于其实现复杂的水下运动。
- 杜晓强于福杰陈原
- 关键词：并联机构粒子群优化算法
- 四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的动力学建模被引量：3
- 2020年
- 为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立该波浪运动补偿机构的位置正/反解模型,并推导该补偿机构结构的运动学模型,最后,基于牛顿-欧拉法建立该波浪运动补偿机构的系统动力学模型,运用仿真软件对所推导的数学模型进行验证。研究结果表明:该波浪运动补偿机构的位置正/反解的误差数量级为10-5 mm;运动学和动力学模型的MATLAB数值模拟结果与Adams虚拟样机的结果基本吻合,最大相对误差为理论值的1.6%,在可接受的范围内,表明本文提出的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构能够实现主动波浪运动补偿。
- 姜媛唐梁陈原
- 关键词：绳驱动动力学建模
- 基于虚拟工作空间约束的AUVMS协调运动规划被引量：4
- 2020年
- 为避免自治型水下机器人-机械手系统(Autonomous underwater vehicle-manipulator system,AUVMS)的机械臂完全伸展引起振动冲击,提出一种基于虚拟工作空间约束的AUVMS协调运动规划方法。利用机械臂灵活工作空间的子集组成的虚拟工作空间对机械臂的运动范围进行约束,通过软关节角运动范围处理运载器和机械臂之间的运动干涉,采用基于凸包射线检测算法判断机械手末端与虚拟工作空间之间的位置关系;推导AUVMS不同自运动状态所对应的运载器命令速度,实现虚拟工作空间内机械臂尽可能少的移动目标。仿真与试验结果表明,基于虚拟工作空间约束的AUVMS协调运动规划方法解决了机械臂出现完全伸展的问题,其轨迹跟踪精度相比加权最小范数法有着明显提高,位置误差保持在±0.04m内,姿态误差保持在±3°内。
- 于福杰陈原李庆中
- 关键词：协调控制灵活工作空间
- 开架式水下机器人水动力系数计算与动力学建模被引量：4
- 2021年
- 为实现开架式水下机器人的操纵性预报和开展控制算法的研究,提出一种基于格子波尔兹曼方法(LBM)的水动力系数数值计算方法。对比LBM和传统雷诺平均Navier-Stokes方程方法在稳态纵荡运动和斜航运动中的模拟结果,验证LBM的可行性。建立大振幅非稳态平面运动机构试验的严格运动函数,根据水下机器人结构特点构建包含惯性水动力系数、线性与非线性黏性水动力系数的水动力模型,并采用最小二乘法辨识水动力模型参数。对标准操纵性试验进行数值仿真,验证所建立的6自由度运动方程的有效性。结果表明:与基于传统计算流体力学技术的水动力计算方法相比,LBM不会受水下机器人外形复杂程度的限制,避免了非稳态运动模拟中复杂动网格的更新难题;通过大振幅平面运动机构试验模拟缩短了水动力系数计算周期,该水动力学模型较完整,更适用于操纵性预报和控制算法的研究。
- 闫银坡于福杰陈原
- 关键词：水下机器人水动力系数
- 绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的运动学建模与碰撞干涉检测被引量：3
- 2020年
- 针对海上多维波浪运动补偿,设计一种6自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构。依据海上波浪运动特点分析波浪补偿装置的功能需求,结合封闭矢量环法构建该机构位姿逆解模型,计算出机构的速度雅可比矩阵,推导出驱动绳和中间刚性支链上的速度、加速度模型,并利用ADAMS仿真软件验证所建数学模型的正确性;建立整体机构静力学模型,采用力封闭算法计算柔性驱动绳和中间刚性支链上的张紧力分配大小,通过搭建的等比实验平台验证该算法的有效性;基于几何矢量法对机构内各部件之间进行碰撞干涉检测分析;通过数值仿真和实验验证分析,从理论和实验两方面验证该绳驱动刚柔混合式波浪补偿机构应用于海上多维波浪运动补偿的可行性,所得结果对进一步研究波浪补偿机构的张紧力算法优化和张力控制具有一定参考意义。
- 王立栋陈原
- 关键词：运动学建模
