两栖仿生机器人登陆自适应越障机构优化设计

两栖仿生机器人是一种能够同时在水下和陆地工作的无人平台,在抢险救灾、环境勘探与资源开发等领域具有广泛应用。本文提出了一种具有自适应登陆越障能力的轮鳍复合式两栖机器人,对其越障过程进行了运动学与力学分析,以其在临界越障时刻转矩为目标函数,应用遗传算法优化设计了结构与运行参数,同时与其他两栖机器人越障能力进行对比。结果表明,优化后越障所需转矩相比优化前降低了718.4 N·mm,轮鳍复合式机器人能够攀越相比自身尺寸更高的垂直障碍。模拟仿真了所设计机器人的越障过程,获得了其在平地行走、越障以及上坡推进过程中的速度、位移与力矩的变化规律,并通过实验进行了验证。

微型软体机器人能源驱动技术研究进展

具有高柔顺性、低能耗、高功率等特点的微型软体机器人在管道检修、战场侦察等复杂环境中具有广阔的应用前景。能源与驱动器决定了微型软体机器人运动方式和运动性能。为使更多研究人员了解现有柔性驱动技术及其能量来源的研究进展,从物理能源驱动、化学能源驱动以及生物混合驱动三方面入手,总结了基于这三种能源的典型驱动方式并分析其优劣。对现有柔性驱动及其能源存在的不足与未来发展进行讨论与总结,可为后续软体机器人柔性驱动技术发展与性能提升提供参考。

含轴间距误差的消隙齿轮刚柔耦合动力学仿真

轴间距误差对消隙齿轮精度和性能有重要影响,但其机理和规律并不清楚。基于接触碰撞力约束关系建立齿轮接触动力学模型,进一步利用ADAMS/Flex建立单级消隙齿轮传动系统的刚柔耦合模型,通过刚柔耦合动力学仿真研究消隙齿轮传动在不同轴间距制造误差条件下的振动及频率特性。研究发现:随着轴间距的减小,扭簧的平均力矩增大,齿轮齿面间的啮合力矩以及摩擦力矩也将增大,从而阻碍扭矩的正常传递,并导致固定齿轮转速幅值降低;随着轴间距的增大,固定齿轮主谐振频率整体上降低,而且在轴间距稍大于标准中心距时降低很快。这一发现可指导消隙齿轮传动的设计和装配。

语义分割网络下的混合信号频谱分离

单通道接收机下,多个时频混合信号的分离属于非稀疏欠定信号分离问题,难以求解。针对这类非稀疏欠定信号分离问题,提出了一种基于语义分割网络、从频域实现多个指定类别信号分离的新方法。利用语义分割网络提取信号的频域分布特征,克服了单通道接收机下信号先验信息过少的问题。仿真表明,该方法具有较高的分离精度,且响应时间短,可用于单通道接收机中时频混叠信号的分离。

全液压驱动管道机器人公理化设计

随着管道机器人应用领域与任务需求的不断增大,机器人设计中存在的问题日益突出,如输出功能相互耦合、定位精度不高以及复杂环境下可靠性低。针对石油水平井对于管道机器人的特殊应用需求,将公理化设计理论应用到机器人系统设计中,创新设计一种基于挠性支撑结构的全液压驱动管道机器人。概述公理化基本原理与设计过程,对全液压驱动管道机器人进行概念设计,完成设计耦合性分析。确定机器人机械系统与液压系统具体结构组成,并分析其工作机理。应用AMESim软件,对机器人运动原理方案进行仿真分析,结果表明:全液压驱动管道机器人可以实现自动往复运动,牵引力可以达到30 kN,运动速度可以达到0.12 m/s;机器人牵引能力与运动速度可以完成单独调节,从而实现解耦设计。

导引头伺服机构干扰力矩测量及精密装配工艺优化

为了在导引头伺服机构装配过程中减小干扰力矩,基于电测法搭建伺服机构驱动力矩测量系统;在精密装调过程中,通过监测驱动力矩,调整装调参数,达到减小干扰力矩的作用。对质量不平衡力矩及活动线缆力矩在驱动力矩中的特性进行实验验证,确定了伺服机构配平和布线方法;对轴承预紧力与伺服机构摩擦力矩关系进行实验验证,解决了自动跑合工艺问题,这对减小摩擦力矩波动幅值具有重要意义;测量伺服机构转轴回转误,明确最佳轴承预紧力的工艺方法。结果表明,所提方法对传统的伺服机构装配工艺进行优化,可将依赖技师经验装配的定性方法优化为依赖力矩测量的定性方法。

精密光机系统多敏感轴装配精度分析与装配工艺优化

精密光机系统是对地、空、海探测与制导装备中的核心部件,其光轴、惯导轴、机械轴等多敏感轴的精密装配是影响系统最终性能的关键环节之一。以某型装备为研究对象,通过分析该类精密光机系统的装配特点,将多敏感轴的精密装配问题转换为舱体对接时的角偏问题,并进行了阐述和定义;在此基础上,建立了多敏感轴装配过程的角偏误差累积模型,并推导了加工误差与角偏分布之间的关系;基于该模型对当前的直接对接法进行建模,分析了该方法导致装配一次性合格率较低的原因,并提出了一种基于装配方向调整的逐工序优化装配方法,该方法优化了现有的多敏感轴精密装配工艺。仿真结果表明,与直接对接法相比,所提方法能够有效保证各敏感轴线之间的装配精度。

分布式高空气球通信网络功率分配算法

针对高空气球组网通信中干扰严重和电量供应受限的问题,提出了一种基于非合作博弈的分布式功率分配模型。通过在效用函数中增加干扰限制,保证了网络的整体信干噪比,提升了网络的通信质量;通过在效用函数中关注节点的剩余能量,使高空气球的工作时间得到延长。利用数学分析验证了模型中纳什均衡点的存在性和唯一性,并给出了纳什均衡点的求解方法。仿真结果表明,该模型可以延长高空气球的工作时间,增加网络传输的数据总量。

基于状态空间模型的飞行器装配误差敏感度研究

飞行器具有零部件多、结构复杂和装配精度要求高等特点,其装配有安全性装配、少可逆性装配等要求。根据飞行器相关的关键产品特性(Key product characteristic,KPC)和关键控制特性(Key control characteristic,KCC)参数,提出一种基于状态空间模型的装配误差敏感度量化分析方法,将飞行器多舱段精密装配过程中的误差敏感度分为3级指标,并进行阐述和定义。通过联立飞行器状态空间模型和输出方程,得到输入向量和输入矩阵的关系,进而求出状态转换矩阵,得到不同级别误差敏感度的理论表达式。将随机产生服从正态分布的装配特征误差代入系统矩阵,运用蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真对不同装配特征的敏感度指标进行计算,并对比分析理论计算和蒙特卡洛仿真求得的特征级敏感度指标值。研究表明,将动态系统灵敏度分析方法应用到多工位装配过程可行,所提出的基于状态空间模型的飞行器装配误差敏感度分析方法合理,对飞行器舱段精密装配过程的精度评估具有参考意义。

MOBILITY EVALUATION AND INNOVATION OF WHEELED SPACE ROVER

The mission and function requirements of lunar rover are analyzed, based on virtual prototype technology, the mobility evaluation theory and method for wheeled space rover are proposed, which provide a new way to study the innovative design of lunar rover. Based on the above theoretical system, an innovative lunar rover suspension system, which adopts a two-crank-slider mechanism, is proposed, and its dynamics model is created. Adopting virtual prototype technology, the ground adaptability, over-obstacle ability and driving placidity of the rover are evaluated in the virtual prototype software ADAMS. The analysis results show that the rover provides a high degree of mobility.

直接挤出成型用环氧树脂的流变性及其可打印性

直接挤出成型制造适用于任何含或不含添加剂的膏状或凝胶状复合材料,对复合材料制造技术具有深远意义。通过探讨热固性环氧树脂的流变学行为与挤出成型特性,得出热固性环氧树脂在直接挤出成型制造应用中的通用性流变学参数。通过向复合材料中加入增稠剂,对其流变学行为进行设计。结果表明:在高剪切速率(50 s-1)和低剪切速率(0.01 s-1)下,添加30%纳米黏土的环氧树脂的流变学行为较适合挤出式3D打印工艺。利用龙门式气动挤出式3D打印机,对复合材料的打印成型质量进行试验分析和验证。结合试验结果探讨了喷头高度对复合材料成型质量的影响,并且提出适用于喷头高度临界值的计算方法。探讨了挤出率、剪切速率等因素对成型质量的作用规律。针对多层打印问题,提出包含补偿系数的多层打印的临界喷头高度的计算方法。以上研究对促进基于复合材料的挤出式3D打印具有积极意义。

COMPUTER GRAPHIC ASSEMBLY TECHNOLOGY FOR COMPOUND-BODY

This paper introduces the development and the related work of the assembly oriented computer aided design.Presents a representation scheme of a compound-body to the computer and focuses on the research of computer aided graphic assembly technology for 3-D objects.As an example,the application of graphic assembly technology to robot modelling is given.It shows great potentialities of the technology.

基于复合波动推进的柔性鳍运动机理研究

仿鱼机器人具有高效游动能力与良好的环境适应性,被广泛应用于资源开发、环境勘探以及两栖救援等复杂任务中。本文提出了一种基于横纵波复合运动的柔性波动鳍推进器,对其水下运动机理进行分析,构建了复合波动推进的波动鳍运动模型,通过数值方法对其水下运动性能进行研究,探究其水下推进力、推进速度和推进效率等参数的变化规律。结果表明:柔性鳍在运动时所受推进力呈波动变化,一段时间后波动均值为零,鳍面高压区与低压区呈周期性变化;波动鳍驱动其周围流体获得动能,推进器最大速度达到1.2m/s,周围流体速度可达1m/s左右;随着偏转角增加,复合波动鳍面推进效率也相应增大,相比未偏转时其效率提高了11%左右。

水下机器人桨鳍协同推进姿态控制

为提高水下机器人的机动性与稳定性,提出一种四旋翼波动鳍混合驱动的新型水下机器人及其姿态控制算法。建立了机器人桨鳍协同推进的运动学与动力学模型,通过流体数值仿真,获取了水动力系数,构建了机器人六自由度动力方程。提出螺旋桨与波动鳍协同推进的姿态控制策略,设计了一种四自由度串级比例-积分-微分控制器与控制分配算法。在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型,仿真分析了机器人定深前进、升沉运动、原地转向中的机器人位姿曲线,以及随机干扰对姿态控制的影响。实验结果证明,机器人具备良好的姿态控制性能,最大推进频率下样机运动姿态角波动误差小于±4°,深度波动误差小于±5 cm。仿真及实验结果验证了所设计的水下机器人与桨鳍协同推进的姿态控制算法的可行性。

考虑混合不确定性信息的产品多属性方案评价

针对当前产品方案评价方法对随机性、区间性、模糊性等混合不确定性信息考虑不足,其量化过程没有真实反映产品方案本质属性的问题,提出产品方案评价中考虑混合不确定性信息的产品多属性方案评价方法.对混合不确定性信息进行精准表征,并构造容信度科学、精确量化混合不确定性信息;同时,构建基于混合不确定性信息容信度的产品方案评价模型,计算混合不确定性信息的容信度和理想度,利用方案优选定理实现产品方案的评价优选,并通过实例进行了验证.

仿人智能移动靶四连杆倒伏机构优化设计

仿人智能移动靶标是一种新型的轻武器训练机器人,用于提高作战人员射击精度、优化受训者射击状态。针对轻武器训练装备智能化无人化的发展趋势,提出了一种仿人智能移动靶标的概念设计方案,设计出一种基于四杆机构的倒伏结构,用于模拟人体中弹的真实运动响应和风险规避姿态。以驱动电机最小驱动转矩为优化目标,基于机构运动学与动力学特性分析建立倒伏机构优化模型,通过数值计算优化倒伏机构结构参数,虚拟样机仿真结果表明,优化后的四连杆机构摆动所需驱动力矩幅值减小40%以上,并控制在50 N·m左右,对仿人智能移动靶标这一新型军事训练机器人的研制提供理论支撑。