圣女果串采收末端执行器的设计与实验

为提高圣女果采摘效率和降低果实损伤,设计了圣女果串采收末端执行器。其末端结构采用平面四连杆驱动夹持剪切机构,夹持机构采用自补偿设计,使夹持与剪切动作一体化完成。同时,基于螺旋理论,建立接触模型,验证分析了夹持结构的力封闭性,并对整体装置进行了动力学和运动学分析与仿真。室内实验结果表明:整串采摘的夹持成功率为100%,剪切成功率为86.7%。

水蜜桃套袋机器人及其末端执行器研制

农业智能机器人的发展为传统农业带来了新的发展机遇。特别是在季节性劳动力需求大的农业生产中,迫切需要智能机械取代人工劳动。在研究水蜜桃幼果套袋过程中,提出了一种具有创新性的水蜜桃幼果套袋机器人,并根据人工套袋的方式,开发了一款套袋专用的末端执行器。该末端执行器的关键部件包括取送袋部件、套袋开口部件和封口部件。通过对末端执行器控制流程的分析,完成一个水蜜桃幼果的套袋任务需要15.4 s。

分体刀具式名优茶采摘末端执行器设计与试验优化

针对名优茶机械化采摘过程中侧芽无法采摘的问题,根据顶芽、侧芽及茶梗的相关参数并结合茶园环境设计了一种末端执行器,利用分体式刀具的刀齿弯曲变形适应茶梗的干扰从而采摘侧芽。通过有限元仿真刀具切割侧芽得到采摘成功率的影响因素为刀齿宽度、刀齿长度及刀具厚度;采用三因素三水平的中心组合设计与响应面分析法研究各因素对采摘成功率的交互影响;以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,确定各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为:刀齿长度、刀齿宽度、刀具厚度。以采摘成功率为目标对各试验因素进行优化,得到优化后的刀齿宽度、刀具厚度、刀齿长度分别为2.6、0.9、20.0 mm。采用优化后的参数进行茶园采摘试验,结果表明,末端执行器能够有效完成茶叶采摘工作,顶芽、侧芽采摘成功率分别为93%、63%,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。

空间站机械臂末端执行器用导轨设计与验证

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

气量调节系统执行器失效故障的自愈调控算法研究

往复压缩机运行过程中,如果其气量调节系统中的执行器失效,将可能影响压缩机的工作效率,甚至导致严重的问题。为此,构建了一种多执行器气量调节模型,提出了一种自愈调控算法,旨在有效应对执行器失效故障对系统性能和可靠性的影响。首先,建立了耦合执行器失效故障的压缩机多气阀并流机理模型,揭示了不同执行器故障模式对压缩机排气量、能耗、功率等热力学性能的影响规律,为后续研究自愈调控提供了基础数据;然后,提出了一种基于故障执行器隔离—负荷再分配—回流阀流量调整的执行器失效故障的自愈调控算法,该算法通过评估故障的劣化程度并启动相应调控策略,实现了系统自我修复的目标;最后,搭建了实验平台,分别进行了执行器失效故障实验和故障自愈调控实验,验证了自愈调控的快速性和稳定性。研究结果表明:气量调节系统的故障劣化程度跟执行器故障模式、系统工况参数有关;如果失效故障执行器数量增加,故障劣化程度会随之增加;如果系统工况负荷降低,故障劣化程度也会随之增加,据此可划分压缩机的故障劣化程度区间;通过启动自愈调控算法,成功抑制了故障的发展,分别在8 s、13 s内将发生轻度劣化、中度劣化故障工况的排气量波动调整至许可范围内,实现了将故障状态迅速恢复至正常状态的目标,从而满足了工业生产的要求。该研究可以为往复压缩机气量调节系统的稳定性和可靠性提供一种有效的应对方案。

切割脱离式鲜食朝天椒采摘末端执行器设计与试验

末端执行器是采收机器人重要组成部分,针对单生朝天椒果实朝天生长特征,本文设计了一款切割脱离式鲜食朝天椒采收末端执行器。针对朝天椒果实长度55~80 mm、果实最大直径9~13 mm、茎秆直径2~3 mm、茎秆长度20~30 mm,采用横断切、斜切、削切切割方式对品种“高辣878”朝天椒进行了生物特性试验,结果表明,在入切角70°、80°下朝天椒茎秆最大切割力为13.1 N。根据朝天椒生物特性设计了末端执行器,建立了末端剪切机构运动学与动态静力数学模型,并基于动态静力分析结果,以外部驱动力最小为目标采用遗传算法对末端执行器剪切机构杆件尺寸进行优化,优化得到曲柄长度为33 mm,连杆长度为60 mm,连杆延长杆长度为54 mm。为实现朝天椒茎秆切断,优化得到剪切机构需要外部驱动力矩0.94 N·m,根据优化结果选用舵机作为动力源。最后通过采收试验验证了朝天椒采收末端执行器的可行性。试验结果表明,末端执行器整体采收成功率为91.3%,验证了朝天椒末端执行器具有良好的采收性能。

基于冗余执行器的航空发动机推力快速响应控制方法研究

面向飞/推一体化控制需求,开展涡扇发动机推力快速响应控制研究,提出了适用于推力最小相位系统的冗余控制方案。研究内容包括:(1)借鉴阀位控制思想,提出在传统燃油流量(Wf)回路基础上增设尾喷口喉道面积(A8)回路,通过挖掘冗余执行器变化速率潜力,提高推力响应速度,降低了对于燃油泵快速作动的需求,同时该方法可以使喷口在推力响应过程逐渐回中,系统具备持续的推力快速调节能力;(2)分析了A8调节推力的物理机理,指出容腔压力动力学主导的部件间流量匹配过程使得A8对推力具有直馈作用,是提高推力响应速度的有效途径。基于发动机部件级模型的评估结果表明,本文提出的方法在执行机构存在速率限制的情况下,实现了推力10 rad/s闭环带宽和A8回中的设计目标,方法可行、有效。在推力响应过程中,A8直馈作用对推力变化的贡献度最高时超过50%。随着对于推力控制模式和推力响应速度的日趋关注,应对容腔内的压力动态过程给予充分的重视。

多执行器载荷差异储能均衡系统特性

针对阀控多执行器复合作业系统节流损失大、动势能浪费严重等问题,提出一种多执行器载荷差异储能均衡原理。首先对多执行器系统功率分配特性进行分析,明确了载荷差异产生节流损失的原因是动力源压力与最大负载相匹配,导致其他执行器控制阀产生过大的压力损失。然后建立了载荷储能均衡液压挖掘机联合仿真模型。并设计电液储能单元控制各执行器进油腔的压力相等,从而消除执行器载荷差异造成的节流损失。在动臂、铲斗同时动作时,与流量匹配系统相比,所提系统节流损失降低达75%,系统效率提升39%;同时,电液储能单元实现了传统压力补偿器的压差调控功能,显著提升了系统运行平稳性。

一类具有复杂执行器动态的双曲线型偏微分方程输出调节

本文研究了一类具有边界执行器动态特性的双曲线型偏微分方程(Partial differential equation, PDE)系统的输出调节问题.特别地,执行器由一组非线性常微分方程(Ordinary differential equation, ODE)描述,控制输入出现在执行器的一端而非直接作用在PDE系统上,这使得控制任务变得相当困难.基于几何设计方法和有限维与无限维反步法,本文提出了显式表达的输出调节器,实现了该类系统的扰动补偿及跟踪控制.并且我们采用Lyapunov稳定性理论严格证明了闭环系统及跟踪误差在范数意义上的指数稳定性.仿真实例对比验证了所提出控制方法的有效性.

柑桔采摘机器人末端执行器设计与试验

针对现有柑桔采摘机器人末端执行器单果采摘时间长、采摘成功率低等问题,以20SiMnMoV合金结构钢为材料,设计制作了一款柑桔采摘末端执行器。该末端执行器主要由抓取机构、剪切机构、连接架及控制系统等部分组成,通过控制系统,抓取机构可以实现柑桔无损抓取,剪切机构可将果梗与柑桔快速分离。应用CATIA软件建立末端执行器的三维模型,借助UG与ABAQUS软件对其进行模态分析与静强度分析,得到末端执行器在采摘柑桔过程中不会发生共振,最大变形量为0.077 mm,最大应力为853.1 Mpa、小于材料屈服强度。在脐橙园田间采摘试验结果表明,在采摘机器人机械臂姿态的采摘角度为45°,切割刀刃角度为45°,空压机气压为6 kPa时,采摘成功率最高,单果采摘时间接近最小。该柑桔采摘机器人末端执行器采摘速度高,控制难度低,与机械臂集成度高。

旋转式两工位名优茶采摘收集一体末端执行器设计与试验

针对现有的名优茶采摘末端执行器存在结构复杂、单工位工作效率低或切口氧化发红的问题,设计了一种结构简单、工作效率高、采摘质量佳的采摘收集一体旋转式两工位末端执行器。执行器两端软体采摘手指通过正反转循环处于采摘和收集工位,实现采摘与收集功能。通过对末端执行器采收动作进行分析和预试验,得到影响末端执行器采收成功率的因素:舵机臂转角、安装板角速度和硅胶厚度。采用Box-Behnken研究各因素对茶叶采收成功率的影响,以采收成功率为响应值建立二次回归模型,得到影响显著性的主次排序为:安装板角速度、舵机臂转角、硅胶厚度。利用Design-Expert软件,以采收成功率为目标,对各因素进行优化得到最佳参数:安装板角速度为265.329(°)/s、舵机臂转角为40°、硅胶厚度为4.986 mm。对优化后的参数取整并进行试验,试验值与预测值相对误差小于5%。本文研究的旋转式两工位名优茶采摘收集一体末端执行器能够实现茶叶高质高效采摘和收集。

水下打捞机器人执行器部分失效的有限时间轨迹跟踪控制

[目的]旨在解决船载供电电压降低或控制系统电路腐蚀等原因导致的水下打捞机器人执行器出现部分失效的问题。[方法]考虑到深海鱼雷、载货沉船等工程打捞作业中复杂海洋情况的影响,采用终端滑模观测器对系统不确定扰动进行观测。利用容错控制和有限时间控制方法,在线估计执行器故障系数,设计一种具有终端滑模观测器的有限时间轨迹跟踪容错控制方案。[结果]该方案的系统输出平滑、稳定且能快速到达期望轨迹,同时,与传统容错控制方案相比,降低了水下打捞机器人控制系统的稳态时间,其横向位移降低了10 s,纵向位移降低了15 s。[结论]能够为水下工程机械的轨迹跟踪控制提供理论参考,并具有实际的工程意义。

超磁致伸缩力传感执行器磁路优化设计与分析

以超磁致伸缩力传感执行器为研究对象,基于磁致伸缩与涡流损耗理论,应用COMSOL有限元软件进行磁场分析,系统地研究了导磁体参数对磁通密度与涡流的影响规律。为增大磁通密度、减小涡流损耗,以超磁致伸缩棒中轴线上磁通密度均匀度为评价标准,优化了导磁体参数,并将导磁体分区绝缘。静、动态磁场下与未优化时实验结果进行对比,结果表明:静磁场中优化后的磁通密度均值提升了0.0161T,均匀度提升了4.5%;动态磁场中,分区绝缘可有效减少涡流损耗,优化后的力传感器灵敏度提升了5.76%。

废旧锂离子电池搬运机器人末端执行器设计

为了解决废旧锂离子电池回收问题,针对回收过程中的分拣步骤,设计了一种可以承载电池质量并适应不同尺寸的机器人末端执行器。介绍了末端执行器各个机构,并针对肘杆六杆机构进行了进一步校核,建立了六杆机构的运动学模型;使用遗传-BFGS(Genetic Algorithm-BFGS,GABFGS)拟牛顿法和粒子群-BFGS(Particle Swarm Optimization-BFGS,PSO-BFGS)拟牛顿法对六杆机构的杆长及位置参数进行优化,建立了六杆机构的动力学模型,计算并仿真校核了空载所需的驱动力,以及极限条件下搬运过程的径向力。研究提供了一种六杆传动机构的新思路,可为废旧锂离子电池分拣设备的研发提供参考。

基于未知输入观测器的电液执行器容错控制研究

电液执行器(EHA)中的传感器或执行器故障,会导致系统不稳定,存在安全隐患。为了解决这些问题,提出并研发了一种用于EHA的容错控制补偿技术。建立其数学模型,利用PID控制器进行位置跟踪控制,通过重构的未知输入观测器实现对干扰和传感器故障的诊断和误差补偿;利用容错控制补偿技术,可以提高EHA运行的可靠性和稳定性,确保控制器的稳定性及其跟踪性能。通过数值模拟和实验,证明了所研发的容错控制补偿技术的有效性。

电控单元及执行器电路分析与检测教学模式的研究(上)——基于高职院校《电控汽油发动机维修》课程理实一体化

《电控汽油发动机维修》是高职院校汽车运用与维修专业的核心课程,课程总学时为64学时。课程内容包括:发动机电控系统总体认识、燃油供给系统认识与检修、发动机进排气系统认识与检修、发动机点火系统认识与检修、发动机管理系统认识与检修、发动机综合故障诊断6个部分。本文主要针对2014款大众迈腾CEAA 1.8Tsi发动机电控系统相关执行器及电控单元电路进行了分析与检测,供汽车维修技师及职教汽修专业教师在车辆维修与教学工作中参考。

仿生咬合式末端执行器的结构与控制系统设计

末端执行器是采摘机器人的关键功能部件之一,在确保采摘及时性、提高劳动效率等方面发挥着重要作用,但传统的机械扭断和剪刀剪断等采摘方式使得末端执行器在采摘过程中容易对果实造成机械损伤。为了解决该问题,基于蛇嘴的生理结构和捕食机理,设计了一种新型仿生咬合式末端执行器,利用吸附机构吸附果实和咬合机构切断果柄实现果实与果柄的分离,利用柔性输送机构传输果实实现果实的无损收纳。在SolidWorks软件中设计了仿生咬合式末端执行器的三维机械结构,利用ADAMS模型仿真验证了该机构的运动合理性,并开发了分布式气动控制系统。

剪切夹持一体化水果采摘末端执行器的设计与分析

【目的】推进水果采摘机械化,同时减少机械采摘中水果的损耗。【方法】本研究设计了一种剪切夹持一体化的通用采摘末端执行器,该执行器采用直流减速电机推拉螺杆套接的法兰盘来改变连杆与导轨滑块间的角度,从而带动移动刀台的往复运动,实现剪切夹持与松开的动作;刀片下端配备硅胶材质的柔性夹持体,可以在剪切力增大时夹紧果梗,便于剪断;同时使用SolidWorks软件对该执行器进行了动力学分析。【结果】电机转矩与刀尖剪切力在连杆与导轨夹角最大处的比例系数为3.697,结合选定的电机型号,该末端执行器的剪切力大于小型水果的果梗剪切强度,满足一般水果的采摘要求。【结论】该末端执行器通过改变微动开关的位置及刀片夹持体的相对位置可适用于不同类型的水果剪切果梗采摘,具有轻便、操作简单、适用性强等优点。

机器人制孔末端执行器的设计及静动力学分析

提出了一种新型机器人制孔末端执行器的模块化结构设计方案,阐述了该末端执行器的主要模块结构设计、技术特点和技术参数。针对末端执行器整体和主要结构零件分别进行了有限元静力学及动力学分析计算,分析结果表明结构设计科学合理。同时,进一步揭示了高速制孔末端执行器与其匹配的机器人成本和制孔质量之间的关系,可以为其他类似机器人末端执行器设计提供参考。

汽车电子机械制动系统制动执行器分析

制动执行器作为汽车电子机械制动系统的重要组成部分,负责实施制动操作,确保车辆的安全与稳定。该文概述汽车电子机械制动系统,介绍汽车电子机械制动系统制动执行器类型及特点,指出汽车电子机械制动系统制动执行器存在问题,包括高温问题、噪声与振动问题及可靠性问题,并提出解决措施,以提升汽车电子机械制动系统的效能。