基于SOA理论的多体系统动力学广义质量建模

1

作者 方喜峰 陆宇平 +2 位作者 吴洪涛 刘云平 邵兵 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期115-118,共4页

为了提高多体系统动力学广义质量建模效率,运用空间算子代数(spatial operator algebra,SOA)理论,在计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下,对广义质量进行高效率递推设计与实现.采用SOA空间递推方式,形成了广义质量的高效递推算法... 为了提高多体系统动力学广义质量建模效率,运用空间算子代数(spatial operator algebra,SOA)理论,在计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下,对广义质量进行高效率递推设计与实现.采用SOA空间递推方式,形成了广义质量的高效递推算法.运用VB.NET编程软件实现与Mathematica6.0软件无缝集成,对多体系统动力学广义质量进行建模分析,给出了实施过程.结合实例对PUMA560机器人进行了广义质量设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了程序建模的正确性和高效性. 展开更多

关键词 空间算子代数 广义质量 多体系统动力学 建模分析

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基于空间算子代数理论多体系统动力学雅可比矩阵设计与实现 被引量：7

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作者 方喜峰 吴洪涛 +2 位作者 陆宇平 刘云平 邵兵 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1429-1433,共5页

应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematic5.2的环境下,对多体系统动力学雅可比矩阵进行设计与实现,主要用于速度和静力的高效递推算法,用空间算子代数理论求出雅可比矩阵简洁形式,具有编程效率高、直观等特征。运用VB.... 应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematic5.2的环境下,对多体系统动力学雅可比矩阵进行设计与实现,主要用于速度和静力的高效递推算法,用空间算子代数理论求出雅可比矩阵简洁形式,具有编程效率高、直观等特征。运用VB.NET编程软件实现与Mathematic5.2软件无缝集成,对多体系统动力学仿真及雅可比进行参数化分析与计算,给出了实施过程。根据分析结果,对Stanford机器人进行了雅可比设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了结果的正确性和有效性。 展开更多

关键词 空间算子代数 雅可比矩阵 多体系统动力学 Stanford机器人

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广义质量的空间算子代数描述 被引量：7

3

作者 熊启家 吴洪涛 +3 位作者 左健民 李鹭扬 李桥梁 朱剑英 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期548-552,共5页

应用空间算子代数理论 ,研究机械多体系统广义质量的结构特点 ,研究表明广义质量可初步表示为 :M=HωMω* H* ,并进一步表示为 :M=[I+HωK]D[I+Hω K]* ,其逆矩阵可表示为 :M- 1 =[I-HK]* D- 1 [I-HK]。这种表示与牛顿第二运动定律... 应用空间算子代数理论 ,研究机械多体系统广义质量的结构特点 ,研究表明广义质量可初步表示为 :M=HωMω* H* ,并进一步表示为 :M=[I+HωK]D[I+Hω K]* ,其逆矩阵可表示为 :M- 1 =[I-HK]* D- 1 [I-HK]。这种表示与牛顿第二运动定律和欧拉定律相互对应 ,具有简洁的数学表达和明确的物理意义 ,广义质量是正、反向动力学的重要参量 ,是联系旋量力和旋量加速度的桥梁 ,其理论依据源自通过旋量整合的牛顿第二运动定律和欧拉定律 ,即 d2 β/dt2 =M- 1 T′,旋量加速度等于广义质量的逆左乘旋量力。据此可形成对旋量加速度的高效递推算法 ,并为下一时刻的 ω,H,P,D,G,K等参数的正向动力学计算作准备。 展开更多

关键词 空间算子代数 广义质量 旋量加速度 机械多体系统 机械动力学

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移位算子及其对多体系统结构的描述 被引量：6

4

作者 刘云平 吴洪涛 +1 位作者 方喜峰 姚裕 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期687-691,共5页

以Newton-Euler定律为基础,通过运用旋量方法分析多体系统,描述了空间算子代数理论体系中的核心算子——移位算子的基本定义和多体系统的拓扑结构,深入研究了其用于计算的步骤,实现了多体系统结构描述与力学计算的一体化,消除了传统方... 以Newton-Euler定律为基础,通过运用旋量方法分析多体系统,描述了空间算子代数理论体系中的核心算子——移位算子的基本定义和多体系统的拓扑结构,深入研究了其用于计算的步骤,实现了多体系统结构描述与力学计算的一体化,消除了传统方法的不必要的积分运算和交叉运算,计算量为O(N)。而传统方法是先通过关联矩阵、低序体阵列描述多体系统,尔后再把它们用于力学和运动量矩阵和列阵的计算过程,导致了加法和乘法计算以及与零运算次数(虚运算)的增加,其结果是计算量为O(N3)。移位算子描述形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征,方便计算机程序实现,为高效率、高精度建模以及实时控制奠定了基础。 展开更多

关键词 旋量 空间算子代数 递推 移位算子 拓扑结构

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基于空间算子代数理论多刚体系统反向动力学仿真 被引量：3

5

作者 方喜峰 陆宇平 +2 位作者 吴洪涛 刘云平 邵兵 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期102-106,共5页

应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica5.2的环境下,对多刚体系统反向动力学进行设计与实现。广义质量是正、反向动力学及联系旋量力和旋量加速度的重要参量,据此可形成高效递推算法。用空间算子代数理论求广义质... 应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica5.2的环境下,对多刚体系统反向动力学进行设计与实现。广义质量是正、反向动力学及联系旋量力和旋量加速度的重要参量,据此可形成高效递推算法。用空间算子代数理论求广义质量、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征。运用VB.NET编程软件实现与Mathematica5.2软件无缝集成,对多刚体系统动力学仿真及反向动力学进行参数化分析与计算,给出了实施过程。根据分析结果,对PUMA560机器人进行了反向动力学设计,并与结果进行了对比,通过算例验证了结果的正确性和有效性。 展开更多

关键词 多刚体系统 反向动力学 广义质量 空间算子代数

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管道机器人动力学分析 被引量：2

6

作者 赵大旭 陈柏 +2 位作者 吴洪涛 桑贤臣 陈笋 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期578-582,共5页

在分析了开链式拓扑结构的多节蠕动机器人结构和运动特点的基础上,利用空间算子代数(Spatial operator algebra,SOA)方法,建立了适用于这类机器人系统的通用动力学模型,为验证所建立的动力学模型的正确性,将原理样机运行试验和与动力学... 在分析了开链式拓扑结构的多节蠕动机器人结构和运动特点的基础上,利用空间算子代数(Spatial operator algebra,SOA)方法,建立了适用于这类机器人系统的通用动力学模型,为验证所建立的动力学模型的正确性,将原理样机运行试验和与动力学仿真分析结果进行了对比。在此基础上,利用该动力学模型,对样机结构的改进与优化,并对机器人运动学和动力学性能的影响进行了分析和评估,为机器人运动控制策略的拟定提供了重要的依据。 展开更多

关键词 空间算子代数(soa) 链式结构 管道机器人 动力学

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柔性多体系统混合递推动力学建模及实时仿真研究 被引量：10

7

作者 田富洋 吴洪涛 +3 位作者 赵大旭 邵兵 王超群 朱剑英 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期6-12,共7页

进一步发展了空间算子代数理论体系,采用空间算子描述了广义柔性多体系统动力学高效率建模以及实时仿真问题。根据不同类型的铰链特征(主动关节、被动关节)描述了广义柔性多体系统特征,按照两次从系统顶端到基座和一次从基座到顶端的顺... 进一步发展了空间算子代数理论体系,采用空间算子描述了广义柔性多体系统动力学高效率建模以及实时仿真问题。根据不同类型的铰链特征(主动关节、被动关节)描述了广义柔性多体系统特征,按照两次从系统顶端到基座和一次从基座到顶端的顺序分别计算系统的广义铰接体惯量算子、系统的冗余力算子以及广义加速度和广义主动力矩,进而建立广义柔性系统O(N)阶动力学模型。采用线性多步积分算法理论解决了大型微分代数方程的数值积分算法,实现了实时动力学仿真的目的。最后通过实例结果对比验证了研究内容的正确性和高效性。 展开更多

关键词 空间算子 柔性多体系统 混合递推 微分-代数方程 实时仿真

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一类柔性宏刚性微空间机器人广义动力学高效率建模研究 被引量：9

8

作者 田富洋 吴洪涛 +2 位作者 赵大旭 邵兵 王超群 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期687-694,共8页

研究了一类柔性宏刚性微空间机器人广义高效递推动力学建模算法。介绍了利用空间算子代数进行对刚柔混合欠驱动系统的描述方法。根据系统中铰链的驱动情况分别对铰链定义为主动铰和被动铰,通过铰链的类型以及判断是刚性体或者柔性体,分... 研究了一类柔性宏刚性微空间机器人广义高效递推动力学建模算法。介绍了利用空间算子代数进行对刚柔混合欠驱动系统的描述方法。根据系统中铰链的驱动情况分别对铰链定义为主动铰和被动铰,通过铰链的类型以及判断是刚性体或者柔性体,分别按照两次从系统的顶端到基座的顺序、一次从基座到顶端的顺序进行了系统铰接体惯量的递推、系统冗余力的递推、广义加速度和广义主动力的递推。通过上述三种方式的递推过程建立了柔性宏刚性微空间机器人广义递推动力学模型,实现了高效率O(n)次的计算效率。最后通过软件仿真验证了本研究内容的正确性和高效性。 展开更多

关键词 空间算子 柔性宏刚性 微空间机器人 混合递推 高效率

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基于空间算子代数的星载天线机构动力学计算 被引量：7

9

作者 游斌弟 赵志刚 +1 位作者 魏承 赵阳 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期85-90,共6页

针对星载天线双轴定位机构的空间漂浮基无根树多体系统动力学实时仿真及控制系统设计的需要,应用空间算子代数(SOA)理论进行多体系统动力学建模和仿真;提出了SOA描述的动力学递推及求解算法,并面向对象思想定义多体系统数据结构,进行了... 针对星载天线双轴定位机构的空间漂浮基无根树多体系统动力学实时仿真及控制系统设计的需要,应用空间算子代数(SOA)理论进行多体系统动力学建模和仿真;提出了SOA描述的动力学递推及求解算法,并面向对象思想定义多体系统数据结构,进行了动力学计算流程设计。所提方法形式直观、便于推导、物理意义明确及达到了O(n)计算效率。通过与Simpack仿真结果进行比较,结果表明SOA的多体系统动力学算法求解速度更快、仿真结果精度更高。 展开更多

关键词 机械学 双轴定位机构 空间算子代数 多体系统动力学 递推计算

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基于空间算子代数的空间多体系统动力学递推计算 被引量：5

10

作者 魏承 赵阳 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期2105-2110,共6页

应用空间算子代数方法对空间多体系统进行动力学建模、分析与仿真。空间算子代数作为基于李群及旋量方法的算子理论,采用估计理论中卡尔曼滤波及平滑方法,实现了具有明确物理含义的O(n)计算效率的动力学实时递推求解算法。首先使用空间... 应用空间算子代数方法对空间多体系统进行动力学建模、分析与仿真。空间算子代数作为基于李群及旋量方法的算子理论,采用估计理论中卡尔曼滤波及平滑方法,实现了具有明确物理含义的O(n)计算效率的动力学实时递推求解算法。首先使用空间算子代数理论对多体系统动力学进行递推形式的描述、建模及分析,并通过与估计理论对比提出了质量矩阵求逆的高效递推算法,而后基于面向对象技术编制了软件,并通过漂浮基双臂机器人典型算例的求解,与商业动力学软件Simpack进行对比,验证了软件及算法的正确。结果表明,空间算子代数方法概念清晰、推导方便,计算效率及精度能够满足工程需求,可用于空间多体系统动力学实时仿真及控制系统设计。 展开更多

关键词 空间算子代数 多体系统动力学 估计理论 卡尔曼滤波 递推计算

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闭环双臂空间机器人的动力学建模与仿真 被引量：8

11

作者 田志祥 吴洪涛 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期42-47,65,共7页

为了对闭环双臂空间机器人本体位姿进行实时定位跟踪,推导了基于旋量的递推牛顿-欧拉运动学方程,结合自由漂浮空间机器人的线动量和角动量守恒理论,建立了基于空间算子代数理论的自由漂浮双臂空间机器人闭环系统的动力学方程.使用序贯... 为了对闭环双臂空间机器人本体位姿进行实时定位跟踪,推导了基于旋量的递推牛顿-欧拉运动学方程,结合自由漂浮空间机器人的线动量和角动量守恒理论,建立了基于空间算子代数理论的自由漂浮双臂空间机器人闭环系统的动力学方程.使用序贯滤波和光滑化最优估计理论方法对广义质量矩阵进行了分解与求逆,实现了O(n)次高效率计算.在Mathematica 6.0中编制了程序对2个平面3自由度机械臂闭环系统进行仿真验证.仿真结果与ADAMS结果进行的对比表明,基于空间算子代数的方法的仿真结果正确,计算效率高,可应用于空间复杂多体系统实时动力学仿真以及控制系统的建模分析. 展开更多

关键词 双臂空间机器人 闭环 多体系统 自由漂浮 空间算子代数

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基于空间算子代数理论的传递矩阵法 被引量：1

12

作者 孙宏丽 吴洪涛 +2 位作者 周毅钧 缪群华 田富洋 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2010年第9期1126-1131,共6页

采用空间算子代数理论,利用模态移位算子和柔体模态坐标将系统特性参数在铰关节空间中进行传递,实现了刚、柔耦合的高效率动力学统一递推建模过程。空间算子代数动力学递推建模过程中,系统运动学的递推是从基座向末端进行的,而广义力的... 采用空间算子代数理论,利用模态移位算子和柔体模态坐标将系统特性参数在铰关节空间中进行传递,实现了刚、柔耦合的高效率动力学统一递推建模过程。空间算子代数动力学递推建模过程中,系统运动学的递推是从基座向末端进行的,而广义力的递推是从末端体向基座进行的,运动学递推是动力学递推建模的前提,所以系统运动学特性已隐含在广义力的递推过程中。鉴于此,笔者采用传递矩阵法,通过对原有映射在关节空间内的广义速度和广义力的递推方程进行缩聚,推导出基于空间算子代数表达的链式多体系统的传递矩阵,获得一种求解柔性多体系统固有振动特性的方法,为空间算子代数应用于受控多体系统提供了新思路。 展开更多

关键词 多体动力学 空间算子代数 递推算法 传递矩阵法

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基于空间算子代数的高效率机器人反向动力学建模方法 被引量：1

13

作者 刘云平 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2011年第3期255-258,共4页

针对大规模多体系统动力学建模过程复杂及计算效率、精度不高的难题,在空间算子代数理论的基础上,通过旋量表达的有关力学量和运动量,将包含机构拓扑关系及运动、力递推关系的移位算子直接与Newton-Euler递推动力学计算相结合,实现了广... 针对大规模多体系统动力学建模过程复杂及计算效率、精度不高的难题,在空间算子代数理论的基础上,通过旋量表达的有关力学量和运动量,将包含机构拓扑关系及运动、力递推关系的移位算子直接与Newton-Euler递推动力学计算相结合,实现了广义速度、广义加速度、广义力和广义质量沿着链正向或反向递推,避免了交叉运算和不必要的积分运算,得到了高效率、高精度的动力学建模方法.该方法形式简洁、物理意义明确,适于计算机编程和运算,具有重要的科学意义和工程应用价值,并通过算例验证了结果的正确性和有效性. 展开更多

关键词 动力学建模 递推 高效率 空间算子代数

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改进的空间数据库主动规则条件测试模型

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作者 熊伟 吴秋云 +2 位作者 阳国贵 陈宏盛 景宁 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期1093-1097,共5页

空间数据库的主动规则条件测试对于规则的执行效率至关重要。本文采用空间查询代数优化技术和空间算子迁移方法,提出扩展的空间规则鉴别网络(ESRDN)模型,给出ESRDN的优化启发式规则及其正确性证明,分析结果表明,该改进模型可以提高空间... 空间数据库的主动规则条件测试对于规则的执行效率至关重要。本文采用空间查询代数优化技术和空间算子迁移方法,提出扩展的空间规则鉴别网络(ESRDN)模型,给出ESRDN的优化启发式规则及其正确性证明,分析结果表明,该改进模型可以提高空间数据主动规则的条件测试效率。 展开更多

关键词 规则鉴别网络 主动规则 扩展的空间规则鉴别网络 空间查询代数优化 空间算子迁移

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强可约极大三角代数的空间一秩元和谱一秩元

15

作者 董浙 鲁世杰 《浙江大学学报（理学版）》 CAS CSCD 2000年第1期26-31,共6页

本文研究了强可约极大三角代数 R中的空间一秩元和谱一秩元 ,得到 R中的算子 T为空间一秩元的充要条件和 R中的紧算子为谱一秩元的充要条件 .

关键词 强可约极大三角代数 空间一秩元 谱一秩元

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大范围运动柔性航天器的递推有限段法分析 被引量：3

16

作者 李文龙 余正宁 +1 位作者 师鹏 赵育善 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期22-28,共7页

采用有限段法对做大范围运动柔性航天器建模时,针对传统方法求解计算效率低的问题,提出将有限段法与空间算子代数理论结合的高效处理方法。首先采用有限段法对柔性部件进行离散,将系统构造成为带关节柔性的多刚体系统,然后采用空间算子... 采用有限段法对做大范围运动柔性航天器建模时,针对传统方法求解计算效率低的问题,提出将有限段法与空间算子代数理论结合的高效处理方法。首先采用有限段法对柔性部件进行离散,将系统构造成为带关节柔性的多刚体系统,然后采用空间算子代数理论建立递推动力学方程,保证了分段引入大量广义坐标的情况下计算量仅呈线性增长,很好地克服了分段后系统运算量急剧增长的问题。最后给出双柔性杆机械臂系统的仿真算例,分别采用空间算子代数算法(SOA)与牛顿欧拉法(NE)建模,数值仿真结果表明采用SOA法与NE法建模所得计算结果完全一致。对比两种方法计算时间表明,SOA法计算量与系统自由度呈线性关系,且远小于牛顿欧拉法,仿真结果证实了本文方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 空间算子代数 有限段法 动力学方程 柔性航天器

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变拓扑多臂航天器高效统一动力学建模 被引量：3

17

作者 王宏旭 柳子然 +1 位作者 岳程斐 曹喜滨 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1606-1617,共12页

针对多臂航天器在轨操控过程中可能存在的多链、闭环、环链混合等多种拓扑构型及相应的动力学模型变化,提出基于空间算子代数理论(SOA)的高效统一动力学建模方法。首先,提出了描述多臂航天器部件连接关系的构型参数,并基于构型参数提出... 针对多臂航天器在轨操控过程中可能存在的多链、闭环、环链混合等多种拓扑构型及相应的动力学模型变化,提出基于空间算子代数理论(SOA)的高效统一动力学建模方法。首先,提出了描述多臂航天器部件连接关系的构型参数,并基于构型参数提出了多臂航天器拓扑构型描述矩阵的自主生成方法。其次,基于空间算子代数理论,将通路矩阵与空间转移算子相结合,提出了变拓扑多臂航天器统一动力学建模方法。最后,将数值仿真结果与多体动力学仿真软件的仿真结果进行比对,验证所提方法的有效性。仿真结果表明,对于不同的拓扑结构,所提出的O(n)阶统一动力学建模方法能准确描述变拓扑情况下的多臂航天器动力学响应。 展开更多

关键词 变拓扑 多臂航天器 高效动力学建模 空间算子代数

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旋翼飞行机器人的结构设计与动力学建模研究 被引量：4

18

作者 丁力 吴洪涛 +1 位作者 李兴成 巢渊 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2018年第9期4-7,共4页

为了实现旋翼飞行机器人与外部环境交互作业,设计了一种带有机械臂的新型飞行机器人系统,并应用空间算子代数理论对计及刚柔耦合多体系统的旋翼飞行机器人系统进行了递推动力学建模。首先,考虑到旋翼飞行机器人的运动状态、质量比与工... 为了实现旋翼飞行机器人与外部环境交互作业,设计了一种带有机械臂的新型飞行机器人系统,并应用空间算子代数理论对计及刚柔耦合多体系统的旋翼飞行机器人系统进行了递推动力学建模。首先,考虑到旋翼飞行机器人的运动状态、质量比与工作需求,设计了一款通过六旋翼飞行器加装2自由度机械臂的新型旋翼飞行机器人系统。其次,采用空间算子代数理论实现基于刚柔耦合的旋翼飞行机器人正向与反向递推动力学建模。最后,通过编制动力学仿真程序和飞行实验对文中所提算法的有效性进行了验证。结果表明:基于空间算子代数的刚柔耦合递推动力学建模方法计算效率高,仿真结果与实验数据基本吻合,具有一定的工程实用价值。 展开更多

关键词 旋翼飞行机器人 机械臂 结构设计 动力学建模 空间算子代数

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面向UAV的绳驱动空中机械臂动力学建模分析 被引量：1

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作者 梁栋 丁力 +1 位作者 黄明 曹杰 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2022年第4期28-31,35,共5页

为解决空中机器人与外界环境交互作业问题,设计了一种面向UAV的绳驱动空中机械臂系统,并研究了其系统建模方法。首先,设计了绳驱动空中机械臂的虚拟样机,详细地介绍了其机械结构、工作原理以及绳索解耦方式;其次,综合牛顿-欧拉法、拉格... 为解决空中机器人与外界环境交互作业问题,设计了一种面向UAV的绳驱动空中机械臂系统,并研究了其系统建模方法。首先,设计了绳驱动空中机械臂的虚拟样机,详细地介绍了其机械结构、工作原理以及绳索解耦方式;其次,综合牛顿-欧拉法、拉格朗日法、旋量理论、空间算子代数理论4种方法推导出了整个系统的正反向运动学模型和正反向动力学模型;最后,通过仿真算例对绳驱动空中机械臂的性能进行了模拟评估。结果表明,所建立的绳驱动空中机械臂系统模型是合理有效的,能较为准确地反映系统的动态特性,所提出的综合建模方法对其它多刚体系统的建模具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 绳驱动空中机械臂 虚拟样机 运动学 动力学 旋量理论 空间算子代数

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