气动可变刚度弹性轴结构原理和实验分析

为解决传统柔性机器人承载能力不足的问题,结合颗粒堵塞原理,提出一种正压驱动变刚度弹性轴。分析此弹性轴的变刚度机制,基于变刚度弹性轴样机搭建实验平台,通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。实验结果表明:弹性轴填充钢珠和无填充物对比,弹性轴刚度提升2.1倍;弹性轴环形密闭腔体越大,填充颗粒越多,弹性轴刚度越强;内气囊管径越大,弹性轴刚度越强;在充入气压分别为0、0.3 MPa时,填充经磨砂处理的钢珠弹性轴的刚度提高3倍,填充ABS不规则形状弹性轴的刚度提高4.3倍。

增强型气动柔性驱动器形变与驱动特性实验

为解决现阶段柔性驱动器负载能力低、变形范围小等问题,设计并制作一种三自由度气动柔性驱动器,分析其变形机制并通过实验研究增强肌肉对驱动器伸长量、弯曲方向及弯曲角度、驱动力的影响。实验结果表明:通过控制驱动器人工肌肉内腔气压,驱动器可以产生轴向伸长和空间0°~360°任一方向弯曲变形;增强肌肉通压对驱动器变形量和驱动力有增幅作用,0.4 MPa气压下驱动器无增强肌肉时伸长率为49%,弯曲角度为68°,轴向驱动力为278 N;有增强肌肉时驱动器伸长率为54%,弯曲角度为77.5°,轴向驱动力为300 N。

柔软体攀爬机器人研究进展与关键技术

随着机器人技术的发展和人类需求的转化,利用攀爬机器人代替人工完成高空危险作业成为一种趋势。而柔性、软体机器人由于其良好的柔顺性、人机交互的安全性和本体可变形性有望弥补传统刚性攀爬机器人的局限,在非结构环境和高空作业中取得突破。文章给出了柔软体攀爬机器人的定义,根据驱动方式、末端附着方式和应用领域的不同进行了分类,并归纳了各种方式的优点和局限。梳理了国内外柔性、软体攀爬机器人的研究进展和成果,总结了仿生设计与驱动、复合弹性体理论模型建立、自适应控制等关键技术,提出多角度仿生一体化、柔性传感器和电子皮肤集成、多功能化、模块化、智慧控制与决策的柔软体攀爬机器人将成为未来主要的发展方向。

课内主体、课外拓展、企业提升“三位一体”卓越工程师培养模式探索

卓越工程师培养是高等工程教育高质量发展的重点,越来越受教育界、产业界的重视和关注。卓越工程师教育培养计划已经升级到了2.0版,旨在引导高校持续深化工程教育改革与创新,推进新工科建设发展,提高卓越工程科技人才的培养质量。基于新工科视角,秉承“面向工业界、面向世界、面向未来”的工程教育理念,以产业需求为导向,以工程实际为背景,以工程技术为主线,创建了由课内主体教学、课外科技创新实践、企业工程实践组成的“三位一体”卓越工程师培养模式,使得理论与实践、课内与课外、教学与生产相结合,并从体制机制、培养方案、培养平台、教学方法、师资队伍等方面深化综合改革与创新,着力培养学生的工程能力。

变刚度弹性轴的设计与实验分析

气动柔性关节具有灵活、柔顺以及人机交互安全等优点,被广泛应用到农业、医疗和环境探测等各个领域。目前,气动柔性关节的刚度不足,驱动能力弱。文章基于颗粒干扰原理提出一种变刚度弹性轴,建立了变刚度弹性轴的数学模型,分析出弹性轴刚度与气压值的关系。通过实物的刚度实验,得到理论模型结果与实验结果相对误差在10%以内,验证了刚度与气压值关系数学模型的准确性,弹性轴最大刚度是其初始刚度的35倍,拓宽了柔性关节的应用领域。

无系留气动自适应球果采摘软体手爪设计与实验

为实现球形果实自适应采摘,仿人手触觉传感设计并制作了一种用于球果采摘的无系留智能软体手爪,该手爪采用自循环供气与传感集成,将柔性薄膜触力传感器内嵌于软体手爪内并复合自循环气泵,可实现多尺寸、多类型球果自适应抓取。研究了自循环气泵工作原理,进行了结构优化、压力建模与性能测试。试制了自适应软体手爪原理样机,建立了手爪抓持力模型,并进行了静力学实验,获得了其气压下的弯曲变形和力学特性。建立了球果采摘手爪控制系统与自适应抓取机制,搭建模拟采摘实验平台,进行了自适应抓取实验验证及实验环境下的球果采摘与分拣。结果表明,通过接触力反馈与控制系统,该采摘手爪可安全有效地抓取球果,抓取尺寸范围为48.5~97 mm,最大抓取球果质量为350 g,平均采摘用时15 s,成功率为97.46%。

变刚度弹性轴微颗粒嵌入与阻塞的机理分析与实验研究

为提高柔性机器人承载能力,结合微颗粒嵌入和阻塞原理的优势,提出了一种正压驱动的变刚度弹性轴,分析其变刚度机理,设计并制造了变刚度弹性轴样机,搭建了变刚度弹性轴实验平台通过实验分析不同因素对弹性轴刚度影响。实验结果表明:弹性轴自由状态,弹性轴充入压力越大,其刚度越大;弹性轴充入压力一定时,随着位移的增加,刚度的增量逐渐减少;金属螺旋管内侧间隙越大弹性轴刚度越强;填充颗粒种类对弹性轴刚度有影响;颗粒大小对弹性轴刚度有影响,且颗粒越小弹性轴刚度越大。当弹性轴完全伸长填充物为直径1.2 mm白刚玉时,变刚度效果最好可提高56.1倍。可为变刚度柔性机器人设计提供新的技术支持。

气动多向柔性驱动器形变与驱动特性

设计一种片状约束环套装5个密封弹性腔体和弹簧的气动多向柔性驱动器,分析驱动器受力和力矩,建立气压与轴向伸长量、驱动力、弯曲方向的非线性理论模型.通过试验与理论模型对比,获得驱动器在不同气压下的形变与驱动性能关系.结果表明:通过控制通入气体压力,可以控制驱动器产生不同程度的形变与驱动力;气压越大,形变与驱动力越大;该驱动器具有较高的灵活性和良好的驱动性能,改变通气方式,驱动器可以完成轴向伸长和空间多个方向的弯曲变形;0.23 MPa气压下驱动器轴向伸长量为137 mm,伸长率超过100%,弯曲角度达225°,轴向驱动力为242 N,弯曲夹持力为169 N.

空间机构自由度计算公式的重新建立

通过对空间机构自由度计算公式的研究 ,提出新的空间机构自由度计算公式 ,不仅适用于空间机构 ,而且也适用于平面机构 ,即用一个空间机构求自由度的公式替代传统的 2 4个空间机构求自由度的公式和 18个用于平面机构求自由度的公式 ,并用实例验证其正确性。

气动空间弯曲柔性关节运动功能实验研究

介绍了一种自主研发的气动空间弯曲柔性关节。该关节相当于三个独立的人工肌肉并联而成,具有三个自由度,能实现空间弯曲和轴向伸长。重点研究了该关节的结构功能和工作原理。搭建了实验系统,对关节的空间弯曲角度和方向进行了实验研究,得到了关节的变形特性,为以后的进一步研究与应用奠定了基础。

约束结构对单向弯曲柔性关节形变能力的影响

研制了一种新型气动柔性关节,能够实现较大的弯曲变形.该关节属于气动复合弹性体,在弯曲变形时具有非线性、大变形的特点,理论建模难度较大.通过改变约束结构和形状进行驱动变形实验,研究约束结构和形状对关节形变能力的影响.结果表明:在同样厚度约束件下,圆环面约束关节的端面转角大于圆柱面约束关节.圆柱面约束时,关节端面转角随着约束件厚度的增加而减少;圆环面约束时,关节端面转角随着约束件厚度的增加而增大.

应用适张度处理圆锯片提高锯切稳定性

利用锯切试验分析及温度场测试的方法,研究了适张度、热应力和离心应力对圆锯片切削稳定性的影响。研究表明,适张度处理能抵消和消除热应力的不良作用,可以改善锯切稳定性。

辊压适张度对圆锯片模态参数的影响

采用实验模态分析的方法，研究了在不同适张度情况下圆锯片模态参数的变化规律，得到了圆锯片适张度的一种评价依据。

大学生工程素质培养研究

针对目前工程领域存在的问题,文章提出从全面提升大学生工程素质着手,逐步提高全民工程素质的观点,一方面探讨了工程素质的内涵、特征以及对不同学科大学生工程素质的要求差异。另一方面重点阐述了应从开展工程技术理论教学、实践教学,组织讲座论坛、科技竞赛,鼓励学生参与工程项目和科学研究,结合人文精神和科学精神等六个方面来培养大学生的工程素质。

大学生工程训练综合能力竞赛的宗旨和组织模式研究

大学生科技竞赛活动对人才工程能力和工程素质的培养具有引领和巨大的推动作用。本文主要探讨了工程训练综合能力竞赛的指导思想、命题原则、竞赛及准备的组织方式等。

空间关节弹性球形制动器结构优化设计

为解决机器人手腕空间多方向制动问题,研究了一种气动弹性球形制动器.该制动器为常闭式结构,主要由球座、内弹性半球和气动柔性轴向驱动器等组成.根据设计要求,采用有限元方法确定球座与内弹性半球的合理过盈量.结果显示:当安全系数取1.3,球座与内弹性半球的合理过盈量为0.12 mm时,能够确保3 N·m的扭矩;采用正交法有限元仿真计算,分析了内弹性半球拉耳位置、开槽深度和拉力大小3个因素对球形制动器制动效果的影响.结果表明:最大位移随开槽深度的加大而提高,位移分离比随拉耳位置距离的增加而减小.最优的参数组合是拉耳位置距离10 mm,拉力15 N,开槽深度25 mm,此时球形制动器制动效果最佳.

气动四指柔性机械手结构功能和抓取实验研究

针对现有机械手柔性不足问题,提出一种新型的气压驱动的多指柔性机械手。采用自主研制的多驱动型单向弯曲柔性关节,设计了柔性气动拟人手指;采用模块化设计,将4个手指安装在拟人手掌上,构成了具有4个自由度的柔性机械手本体结构,达到了用少自由度机械手实现10余自由度机械手抓、握、捏、弹等功能。搭建机械手抓取实验系统,完成了机械手相关抓取实验。实验结果表明:该四指机械手能够对典型的物体形状如球形、圆柱形及异形物体等实现稳定抓取。

球头刀高速铣削铝合金切削力的试验研究

采用切削力理论分析与实验相结合的方法,建立了高速铣削常用的球头铣刀的铣削力数学模型。通过实验数据拟合了高速铣削状态下铝合金LY12的铣削速度与单位铣削力之间的关系。并通过铝合金材料LY12高速铣削切削力的实验,验证了球头铣刀高速铣削力的数学模型。

适张度的辊压加工及对圆锯片的动态性能影响

通过实验分析的方法 ,探讨了辊压参数对圆锯片适张度加工的影响 ,并利用实验模态分析 。

高校工程训练中心实训项目设立的研究与实践

本文结合建设实际,主要阐述高校工程训练中心建设中实训项目设立、实训设备的确定等问题。