单曲柄双摇杆机构同步性能优化

针对在扑翼机构与可变后掠翼机构中广泛应用的单曲柄双摇杆机构两侧摇杆存在转角偏差的问题,提出利用解析法与仿真试验相结合的优化设计研究思路。将单曲柄双摇杆机构从两种特例拓展为一般性的统一模型,基于平面连杆机构基本方程建立摇杆同步性能的优化设计数学模型。通过引入摇杆转角偏差小量假设和极限位置对称性假设,利用泰勒展开公式,求解出最优设计变量的理论关系式。但该理论最优解要求摇杆长度不固定,须随时变化,工程中难以实现。在理论最优解的基础上,结合大量系统地机构仿真试验研究,进一步给出获得单曲柄双摇杆机构同步性能优化解的近似经验公式与设计曲线图,从而得到单曲柄双摇杆机构同步性能优化问题的完整解法,并通过设计实例验证了该方法的工程实用性。

基于波浪能获取的多关节仿生机器鱼能源自给系统

为解决仿生机器鱼水下长期服役的能源瓶颈问题,提出利用波浪能摆动关节来发电的多关节仿生机器鱼能源自给系统.根据随机波浪理论分析了海浪的频谱特性和获能潜力,设计了利用关节摆动发电的能源获取系统,并建立该系统的机电模型.最后,通过仿真模拟和单关节摆动发电试验验证了该方法的可行性,为仿生机器鱼水下长期服役的能源自给系统设计提供了参考.

形状记忆合金丝致动器新型电热方法及其建模与实验研究

针对较粗形状记忆合金(SMA)丝致动器电阻小、通电加热困难的问题,提出一种在SMA丝表面缠绕漆包线的新型复合加热方法。采用集总参数法,并将螺旋缠绕的漆包线与SMA丝之间复杂的热交换过程简化描述为等效热导率,建立了该电热驱动过程的热力学模型。该模型所得的计算结果与实验测试结果的对比分析表明,所建立的热力学模型可以准确地描述该电热驱动方法的加热和冷却过程。实验还进一步表明,漆包线和SMA丝同时通电加热,可大幅提高SMA丝致动器的升温速率。

配网带电作业机器人的人机共融控制系统设计

提出了一种用于配电网机器人作业的共融控制系统,该系统具有动态的控制权重分配以实现遥操作和自主导航的切换。系统赋予了本地操作员最高的控制权限,本地端手柄设备实时检测用户的输入力,其结果用于生成机器人自主性和用户远程控制的权重。控制系统可以确保专业操作员和机器人自主的两个命令的同步,并将它们结合起来确定远程机器人的运动。在实验室构建的机器人平台上的实验结果表明了该方法的有效性。通过多组跟踪目标点实验进行了测试,以比较纯手动远程控制和所提出的融合控制方法的综合性能。实验结果表明,与纯手动控制相比,人机共融控制器提高了跟踪的成功率和效率。

NiTi形状记忆合金驱动的仿生鱼鳍的研究

为了提高仿鱼型推进器在水中运动的灵活性,选择了典型的依靠腹部绸带状鱼鳍波动运动产生推进力的黑色魔鬼刀鱼进行研究,对此绸带状鱼鳍的形态和运动机理进行了分析,同时对鱼鳍的结构进行简化.基于绸带状鱼鳍的这种简化模型设计了形状记忆合金驱动的仿生鱼鳍.介绍了鱼鳍的机械结构和相应的控制电路.重点推导了仿生鱼鳍波状运动时理论上能到达的推进速度和产生的推进力;并采用数值仿真给出了波动推进时仿生鱼鳍表面的压力分布以及推进力随时间的周期变化规律.将数值仿真结论和先前的实验结果进行了比较,验证了数值仿真的合理性和正确性.通过上述分析,说明基于形状记忆合金驱动的仿生鱼鳍的研究是很有意义而且可行的.

零泊松比蜂窝芯等效弹性模量研究

采用柔性悬臂梁模型和欧拉梁模型分别对零泊松比蜂窝芯斜壁板大变形条件下的弯曲变形和蜂窝芯横壁板小变形条件下的变形进行分析,推导出了零泊松比蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式,并将理论计算结果和有限元仿真及力学模型实验进行对比分析。结果表明:理论计算公式正确、有效;零泊松比蜂窝芯大变形方向等效弹性模量具有明显的非线性特征;等效弹性模量的计算应根据受力方向及应变大小选择相应的计算公式进行计算;壁板之间的夹角θ对等效弹性模量的影响很大,零泊松比蜂窝结构参数可设计性较强。

自主越障机器人在非结构化环境下的越障控制研究

根据对机器人的越障要求,研制出了一种小型自主的基于轮式、腿式及履带式的多种越障方式相融合的复合式越障机器人。本文介绍了越障机器人的机械结构,分析了越障机器人的越障能力以及越障姿态控制的问题,提出了在非结构化环境下,基于多传感器融合判定障碍类型,建立越障动作控制模块化数据库的控制方法。

光电经纬仪伺服系统动态高型控制

光电经纬仪伺服系统一般是位置、速度双闭的随动系统,其跟踪精度和动态响应能力是衡量系统性能的重要标志。动态高型方法在原有控制系统基础上增加一个或多个积分环节构成高型系统,从而减小跟踪误差。将动态高型方法应用于光电经纬仪伺服系统中,从理论、仿真到工程实现进行了比较全面的研究,获得了一些具有独创性的结论。最后进行了动态III型系统的跟踪能力Matlab仿真。当目标为最大加速度60(°)/s2、最大速度60(°)/s的等效正弦时,稳态跟踪误差达1.3,″对于最大加速度120(°)/s2、最大速度120(°)/s的等效正弦,仿真稳态跟踪误差达24″。

头部可偏转飞行器气动仿真与外形优化

针对头部偏转控制的飞行器模型,以通用流体计算软件Fluent为计算平台,进行了大量气动性能仿真实验。计算了不同头部偏角,不同马赫数和攻角姿态时,飞行器模型所受的气动力,分析在不同条件下升力、阻力和偏航力矩的变化情况,同时比较了不同外形的此类飞行器的气动性能。

数字随动系统的动态高型控制

将动态高型方法应用于数字随动伺服系统中,从理论、仿真到工程实现进行了比较全面的研究,获得了一些具有独创性的结论。进行了动态III型系统的跟踪能力MATLAB仿真:当目标为最大加速度60(°)/s2、最大速度60(°)/s的等效正弦时,稳态跟踪误差达1.3"(角秒),对于最大加速度120(°)/s2、最大速度120(°)/s的等效正弦,仿真稳态跟踪误差达24"。

基于DSP的移动机器人智能信号采集处理模块研究

采用以DSP为核心的信号采集与信息处理技术,结合现代智能传感器技术的设计理念,设计了具有广泛适应性的移动机器人智能信号采集处理模块.该模块可以采集多种不同输出特性的传感器信号,并对信号进行智能化的补偿和校准,为决策系统提供更加准确可靠的信息.

基于PIC16F877的红外测距系统

介绍基于PIC单片机的越障机器人红外测距系统 ,给出了系统的硬件结构 ,电路设计和软件设计。试验结果表明 ,设计方案可行 。

基于双斜面偏转关节的新型仿生机器鱼推进机构研究

提出一种用于仿生机器鱼的新型尾部推进机构,该机构主要由双斜面偏转关节构成,可通过调节推进机构的2个驱动电机耦合转动来完成其两自由度偏摆运动。首先,阐明了该两自由度耦合偏摆关节的运动学机理,并通过ADAMS运动仿真,验证了其应用于机器鱼上实现直线游动的可行性。然后,建立了仿生机器鱼的直线巡游控制策略,并采用无人机航拍在户外水塘中进行了直线游动实验。水下实验测试结果表明,该仿生机器鱼可实现速度可控的直线巡游,最大速度为0.69m/s。与现有结果相比,基于双斜面偏转关节的仿生推进机构可为机器鱼设计提供新的参考。

多足机器人混合驱动机构的特定轨迹分析与实验研究

引入混合驱动机构的多足机器人能够实现快速移动,同时具有良好的灵活机动能力。针对该类基于混合驱动机构的多足机器人腿部机构的足端轨迹运动控制问题,首先进行了混合驱动七杆机构的运动学分析,得到了机构末端点的轨迹曲线簇;然后利用线性插值方法寻找特定轨迹与轨迹曲线簇的近似交点序列;进而推导出相对应的曲柄角度和丝杠长度序列,从而控制曲柄电机和丝杠电机的运动实现特定足端轨迹。以直线轨迹和大跨步轨迹为例进行实验研究,其结果表明实际轨迹与理论轨迹的吻合程度较高,误差的波动范围较小,在机器人腿部机构的足端轨迹规划中应用上述方法具有可行性。

形状记忆合金丝的性能测试与控制系统研究

描述了SMA的一些典型特性及采用的SMA本构模型;对SMA测试方案、SMA测试平台的机械与控制系统进行了详细的分析;最后给出了SMA数据采集与控制系统的总体方案。与传统SMA测试仪相比,该平台具有成本低,结构简单,精度高,可控制等优点。该测试与控制平台为更好地监测和控制SMA的驱动行为、设计SMA驱动元件提供重要参考依据。

一种提高跟踪精度的动态积分控制方法

动态高型控制在形式上相当于积分分离的PI控制器,按控制理论中经典的PID控制的解释,积分环节提高了系统的无静差度,从而提高了系统的稳态精度。本文从其它角度对动态高型控制在理论和仿真实验两个方面进行了深入研究,基于光电跟踪伺服系统,设计出一个高精度的动态III型控制系统。仿真中,当目标的最大加速度、最大速度时,两个高型控制环节随时间逐次动态加入,使该动态III型系统稳态时最大跟踪误差达到了1.3"。

提高形状记忆合金直线驱动器工作频率研究

提出基于位移累加原理的直线驱动器,采用形状记忆合金作为驱动元件,能提供较大的力和位移,但其工作频率受加热和冷却方式的影响。就几种不同加热、冷却方式所测得的结果进行分析比较,提出最优的加热、冷却方式,并提出基于PIC单片机的加热冷却控制方法。

超弹性蒙皮蜂窝芯的设计及等效模量研究

可变形机翼的蒙皮需要有很高的各向异性,在特定方向具有较低的弹性模量而在其他方向具有较高的气动承载能力,为此设计了一种柔韧性较好、特定方向模量低且承载能力较强的新型超弹性蒙皮结构,对其蜂窝芯单元的力学性能进行了理论计算和有限元分析,并对不同几何参数单个蜂窝芯单元体和多个蜂窝芯单元体进行了轴向刚度测定试验,最后通过理论仿真和试验的对比分析,得到了该超弹性蒙皮蜂窝芯结构轴向刚度的等效模量近似工程计算公式。

SMA柔性扭转驱动器的结构设计与优化研究

设计了一种基于柔性结构的SMA扭转驱动器,通过加热SMA丝收缩带动柔性结构变形从而实现驱动器的扭转输出。柔性结构在SMA丝拉力作用下的变形情况对驱动器的转角输出有很大的影响,为获得最大的输出转角,需对柔性结构的形状和SMA丝的作用点位置进行优化设计。采用三次B样条曲线描述柔性结构的形状,通过有限元法分析柔性结构的变形,并应用遗传算法进行柔性结构的形状优化和SMA丝作用点位置优化。实际算例表明,利用优化方法可快速有效地获得使SMA柔性扭转驱动器输出转角最大的柔性结构形状与SMA丝作用点位置。

伸缩翼变形机构设计与实验研究

针对智能可变体飞行器中伸缩翼变形机构设计难题,提出了基于菱形结构的伸缩翼变形机构设计思路及其方案,并分析了变形机构的受力特点,进行了构件尺寸和形状优化。通过实验样机测试,验证了机构的稳定性与可靠性。实验结果表明,基于菱形结构的伸缩翼变形机构能够实现翼展伸长率高达75%的大尺度外翼伸缩变形;而恒力弹簧的应用则进一步将两侧外翼伸缩的同步误差减小约50%,从而使外翼伸缩过程中的同步性能满足设计要求。