基于人工肌肉的机器人驱动关节设计与研究

提出一种基于人工肌肉的新型驱动关节设计方法,用于提高机器人的驱动性能.通过定义关节结构的笛卡儿坐标系统,建立了反映关节结构参数与工作空间、结构强度、动力学特性之间关系的数学模型.在上述分析的基础上,采用多目标规划算法对驱动关节进行优化设计,并给出相应的设计变量、目标函数、约束条件和求解方法.最后,将该方法应用于某四足机器人髋关节的设计过程.仿真结果表明,基于人工肌肉的新型驱动关节具有良好的强度、灵巧度和承载能力.

基于模态参数验证的机床结构件优化设计

基于有限元分析和试验测试相结合的方法,研究机床结构件优化设计.以某型号拉床结构3大件之一的床台为例,建立床台实际几何形状的有限元模型,分析床台在实际工况下的变形情况和模态参数.利用LMS SCADAS III-305振动测试设备和PolyMAX方法,得到床台在0~512 Hz频率下的自然频率、阻尼比和振型等实验模态参数.获得实验模态与分析模态振型向量的置信准则矩阵,表明有限元分析和实验结果具有较好的相关性.利用经过验证的有限元模型开展拓扑优化,根据优化结果进行床台结构的二次设计.结果表明,通过二次设计得到轻量化的床台结构,切削点处变形更小,第一阶固有频率更大,实现了更好的动态性能.

导弹弹射装置作动筒的建模与仿真

首先描述了导弹弹射机构作动筒的工作过程,建立了描述作动筒动特性的物理模型和数学模型,然后利用MATLAB求解仿真模型,得到气缸动特性参数随时间变化的可视化仿真结果,最后分析了惯性负载、行程、有效面积对作动筒动特性的影响,为正确设计新的导弹弹射装置作动筒提供了理论依据。

多孔橡胶材料声传递损失性能分析:模型描述

研究带有无孔薄覆盖层的多孔橡胶板构件的声传递损失特性,考察了从低频、中频到高频范围内,不同结构参数和材料特性对多孔橡胶材料隔声性能的影响。这一部分建立了多孔橡胶板构件的有限元(FE)与统计能量(SEA)混合分析模型。在仿真模型中,多孔橡胶板边界条件为固支连接,在多孔橡胶板模型的一侧有散射声场作为激励,在另外一侧有半无限声场,用以计算和预测其声传递损失。数值结果与文献进行比较,结果显示该模型具有较好的可靠性。

仿生关节驱动器动力学分析

传统的"电机+转换机构"及改良电机的关节运动实现方式,难以满足现代关节应用工程对关节运动越来越高的性能要求。本文模拟生物关节简洁紧凑的结构和肌肉纤维收缩联合式驱动机理,建立一个仿生关节驱动器;重点解决仿生关节驱动器的结构优化仿生设计和动力学仿真,分析仿生关节驱动器在空载情况下的运动形式、动力学性能和接触力。仿真结果表明:仿生关节驱动器具有优秀的运动和驱动性能,可望解决未来机器人、主动假肢、仿生机器、探测操纵装备等高新应用工程对高性能关节驱动器的需求。

准平行机构实现机载导弹俯仰角的控制

提出一种准平行机构控制导弹离机俯仰角的新方法。建立了弹射装置的数学模型和仿真程序,求得弹射装置的动力学参数随时间的变化规律。最后分析了准平行机构杆长和导弹惯性负载对导弹离机俯仰角的影响。

基于形状记忆合金弹簧阵列的人工肌肉设计与研究

针对形状记忆合金(SMA)丝、SMA弹簧驱动力和输出位移小的缺陷,提出了基于SMA弹簧阵列的人工肌肉设计方法。利用仿生学原理,设计了SMA弹簧阵列的空间串并联结构,推导了人工肌肉驱动力计算公式,对其输出模拟量用组合学方法进行了分析。利用UG和ADAMS建立了人工肌肉的多体动力学模型,同时,在Simulink上建立了人工肌肉的激活控制模型,在这些基础上,模拟仿生手臂弯曲-伸展运动的工作过程,分析该人工肌肉的驱动和控制特性。仿真结果表明,SMA弹簧阵列结构能显著增大SMA驱动器输出位移和驱动力,并简化模拟量输出的控制。

多孔橡胶材料声传递损失性能分析:数值结果

研究带有无孔薄覆盖层的多孔橡胶板构件的声传递损失特性,给出了63 Hz^8 kHz频率范围内,不同材料特性如弹性模量、橡胶密度,不同结构参数如开孔率、黏性特征长度、热特征长度对多孔橡胶板声传递损失的影响。数值分析结果表明:如其它参数保持为常数,在2~8 kHz频率范围内增加开孔率、在350 Hz^2 kHz频率范围内增加材料密度、在63~160 Hz频率范围内调整材料弹性模量,都可显著改善多孔橡胶板的隔声性能。

拉床支撑结构有限元建模研究

采用有限元方法对拉床支撑结构进行校核和优化设计,可获得高刚度轻量化的机械结构,前提是建立准确的有限元模型。以拉床支撑结构三大件之一的床台为分析对象,研究拉床结构有限元建模方法,建立5种不同网格类型和连接方案,采用3种约束条件,组合出15组床台的约束模态分析方案。将数值计算结果与实验结果进行对比分析。结果表明,在采用实体模型、只约束侧面顶端和底部的边界条件下,计算结果与实验结果匹配最好。

基于深度学习的拉削刀具磨损状态识别模型

拉削是航空发动机涡轮盘榫槽的关键加工工艺,拉刀在工作过程中的异常状态若不能被及时发现并加以干预,将引起严重的破坏,目前尚无先进的人工智能方法解决这一问题。本文提出了一种拉削刀具磨损状态识别模型(DSBiLSTM),该模型基于具有特征重用优势的稠密连接网络(DenseNet)设计了DenseNet(3-2),实现空间特征提取和降维,并设计了堆叠的双向长短期记忆网络(SBiLSTM),实现时序特征提取,两者优势互补,将多尺度融合提取特征纳入到多个全连接层(FNN)和Softmax层,实现刀具磨损状态识别。基于创新的识别模型,设计了涡轮盘榫槽拉削加工实验,采用了基于混淆矩阵的性能指标体系,将所提出的模型与单个特征提取模型进行比较。实验结果表明,DSBiLSTM模型在刀具磨损状态预测中具有突出性能,识别准确率达到98.73%,单个样本的识别速度提高到11 ms。

气动连杆机构建模与分析

描述了某气动连杆作的工作过程,建立了它的数学模型,并分析了气源压力对气动连杆机构动特性的影响。本文给出的建模思想可以运用于不同类型气动连杆机构的建模与分析。

SMA弹簧集群驱动控制与动态特性研究

研究了SMA弹簧集群的驱动控制与动态特性。在分析生物骨骼肌微观结构特性的基础上,建立了3行5列的阵列结构SMA弹簧集群及驱动控制实验平台。基于数理统计理论,建立了SMA弹簧集群驱动开关控制方法,利用ADAMS软件对SMA致动器集群的位移和力特性进行了仿真分析。设计了基于PLC的集群控制硬件平台,利用组态王软件建立了集群控制图形用户界面,给出了SMA弹簧集群的激活控制法则,获得了SMA弹簧集群的张力时间历程,在此基础上研究了不同的SMA弹簧激活组合对输出力特性的影响。实验表明,SMA致动器集群存在严重的耦合特性。最后讨论了致动器集群输出力的振荡特性及振荡消除方法。

双目视觉测量系统结构参数设计及精度分析

为提高视觉测量系统的测量精度,针对双目视觉系统结构,采用三角法建立了双目视觉测量系统的结构参数模型,分析了双目视觉系统结构参数与空间被测点之间的关系特性,研究了各结构参数对测量精度误差分布的影响,根据仿真结果给出了小误差时的结构参数的最佳取值范围。

基于多维度空间耦合的六足机器人步态规划

针对现有机身工作空间求解算法不适用于非平坦地形下六足机器人步态规划的问题,提出一种基于多维度空间耦合算法的机身工作空间求解方法,并将其应用于机器人在非平坦地面运动的步态规划中。将机身工作空间分为三个子空间,解析三个子空间边界方程,耦合得出机身工作空间,在此基础上,解析机身位姿与站立腿关节转角之间的映射关系,完成机身运动规划。仿真和样机实验结果对比表明:与采用传统机身运动规划算法的步态相比,所提方法能够减小摆动腿足端偏移量和机身姿态角变化幅度,并且能够保证机器人具有更高的步态稳定裕度,使机器人获得更好的步态稳定性。

虚拟样机技术在气动连杆机构设计中的应用研究

结合使用Un igraph ics NX2和ADAMS,建立了某气动连杆机构的三维几何造型和多体动力学模型,它们之间的集成构成了一个完整的气动连杆机构虚拟样机。在此基础上分析了连杆机构关键部件的运动特征和受力情况。研究结果表明,采用虚拟样机技术,能有效地提高产品的设计质量和效率,可为产品的设计和优化提供可靠的理论依据。

基于隐马尔可夫模型的产品功能模块实例选取方法

为使产品概念设计达到最优化设计的目的,提出了一种基于隐马尔可夫模型的模块化产品功能模块的实例优化选取方法。通过定义产品功能模型的三种最基本构成方式,将产品功能模型转换成统一的串联功能模型形式。利用隐马尔可夫模型建模产品功能模块的实例选取过程,并借助模块实例的相关信息完成隐马尔可夫模型中各参数的实例化。最后,采用Viterbi算法实现模型的求解,找出一组使产品性能(可靠性)最优的功能模块实例组合,并通过实例验证了方法的有效性和合理性。

气动连杆机构优化设计关键技术研究

在CAD系统中完成气动连杆机构几何实体概念设计和早期设计,在MATLAB中完成机构优化设计,并在VC下编制接口应用程序实现两者之间的数据传输,运行该程序能使基于MATLAB的气动连杆机构优化设计得到的优化结果直接更新早期几何模型。研究结果表明:该方法可以发挥UG强大的参数化建模功能,并能有效利用MATLAB出色的数值计算能力,为用户化机构优化设计提供了理论依据。

基于MSC Adams的肌肉驱动可视化模型设计与实现

根据肌肉驱动机理提出1种简单高效的仿生机器人驱动技术,基于Hill力学模型,参考CHENG等建立的"虚拟肌肉",设计1种在计算机环境下可视化的肌肉驱动模型.该模型应用MSCAdams的二次开发技术完成肌肉建模插件的开发;解决宏命令调用、参数传递、命名、动态显示、输出控制以及Simulink与MSC Adams联合仿真等问题;具有肌肉力学特征和三维可视化显示功能,可接受Matlab/Simulink控制系统联合控制,可耦合MSC Adams骨架机构进行多体动力学仿真,有助于在计算机环境下进行肌肉驱动机器人、仿生装置的设计和仿真.

基于正交切削的铝合金切削力理论计算方法

基于传统正交切削力学模型,采用Johnson-Cook材料本构和失效模型,建立同时考虑前刀面和后刀面双摩擦因素的切削力理论计算模型。采用双摩擦切削力模型模拟7050航空铝合金切削力的计算,获得了与试验结果非常吻合的切削力理论计算值。用本文模型计算了不同Johnson-Cook材料本构参数下的切削力,获得了与文献仿真值非常一致的结果。双摩擦切削力模型引入的后刀面摩擦分量,在航空铝合金切削仿真中,占主切削力的比重较少(约占12.5%),但不可忽略。

应用UG、MATLIB解决动连杆机构的优化问题

在CAD系统中完成气动连杆机构几何实体概念设计和早期设计,在MATLAB中完成机构优化设计,并在VC下编制接口应用程序实现两者之间的数据传输,运行该程序能使基于MATLAB的气动连杆机构优化设计得到的优化结果直接更新早期几何模型。研究结果表明,该方法一方面可以发挥UG强大的参数化建模功能,一方面有效利用了MATLAB出色的数值计算能力,为用户化机构优化设计提供理论依据。