多关节跳跃机器人的起跳机理与运动规划分析

在给定离地任务要求的情况下,针对多关节冗余自由度跳跃机器人起跳机理及运动规划与优化问题进行了研究.以速度方向可操作度为性能指标,将期望的离地质心速度和加速度映射到关节空间,作为关节空间规划的边界条件.采用Fourier基函数参数化关节空间轨迹,从正运动学方程出发,结合驱动约束条件,利用粒子群优化算法搜索和寻求使能量利用率最大的参数值,实现起跳性能的优化.利用计算机仿真证实了此种方法的可行性.此外还建立了滑模控制器,实现起跳阶段轨迹跟踪控制仿真分析,为具有冗余自由度的多关节跳跃机器人的运动规划提供了一种有效的方法.

含非线性接触碰撞的大口径舰炮弹链柔性铰多体模型

针对某型大口径舰炮在供弹过程中因炮弹晃动过大引起的扬弹机卡弹问题,建立了含非线性接触碰撞、摩擦的弹链柔性铰多体动力学模型,采用递推的方法得到弹链的运动学和动力学方程,给出了柔性铰刚度系数、接触刚度系数分别按材料和接触表面特征计算的方法.在不同材料的弹筒以及不同片弹簧刚度系数下的计算结果表明,钢制弹筒比铝制弹筒能更好地限制炮弹晃动,增大片弹簧刚度系数可以减小炮弹晃动,但增加到某一数值后作用并不明显.研究为减小炮弹的晃动、提高某型大口径舰炮链式供弹平台供弹可靠性和安全性提供了理论依据.

仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制。利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制。结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性。

考虑脚掌转动的跳跃机器人动力学与轨迹规划

针对目前腿式跳跃机器人模型的局限性,考虑脚掌在跳跃过程中的作用,设计了一种由电机驱动的欠驱动双关节弹跳机器人.在起跳相和落地相,脚掌与地面的关系建模成弹簧-阻尼系统,由于脚掌的转动,在足尖处存在一个被动的自由度,系统产生了欠驱动.采用广义坐标,建立了机器人拉格朗日动力学模型,确定了跳跃运动的约束条件.基于跳跃机器人等价的二连杆模型进行了跳跃运动轨迹规划,并给出了一个期望轨迹与实际轨迹非线性误差最小化的曲线方程.仿真和样机实验验证了跳跃机器人模型和轨迹规划方法的正确性,为后续机器人运动控制和系统优化设计奠定了理论基础.

小型电爆阀性能裕度表征与可靠性评估研究

针对小型电爆阀,提出了一种采用阀芯尾速表征小型电爆阀性能裕度,并基于阀芯尾速统计分析评估其功能可靠性的方法。采用光纤位移干涉仪精确获得阀芯尾速,可避克测量误差过大给工程实际评估带来较大的不确定性。本方法试验样本需求少,使试验评定电爆阀可靠性成为可能,能够有效满足工程需要。

一种仿蛙跳跃机器人起跳加速性能的度量方法

针对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段脚掌与地面之间的被动约束,提出了一种考虑脚掌欠驱动的起跳加速性能度量方法。建立了机器人的起跳分析模型,提出了用虚拟加速度和虚拟力矩来表达质心加速度与主动关节驱动力矩的关系,确定了适于冗余欠驱动机器人的动态可操作矩阵,给出了仿蛙跳跃机器人在给定方向质心加速性能的动态方向可操作度量指标。算例表明,当在不同位形输入恒定力矩时,质心在给定方向的瞬时加速度与动态方向可操作度的变化趋势一致,表明了提出的度量方法对质心加速性能指标的评价是可行的。

电爆阀用火工品输出燃气模拟装置设计及试验

针对某电爆阀研制需求,设计了电爆阀用火工品输出燃气模拟装置并开展了试验研究。结果表明,电爆阀用火工品输出燃气模拟装置设计合理,与电爆阀用火工品输出压力历程较为接近,可满足某电爆阀研制需要。

小型电爆阀动作过程数值模拟方法研究

根据小型电爆阀的结构组成及动作特点,建立了可反映电爆阀动作过程中火工品耦合燃烧、滑阀与阀腔间剪管及挤压密封等过程的数值模型。试验研究结果表明,模型计算结果与试验结果吻合良好,可用于小型电爆阀动作过程影响因素数值模拟研究。

小型电爆阀中火工品输出压力测试方法研究

根据小型电爆阀中火工品输出压力测试需求,设计了测压系统。针对测压系统存在动态响应不足的问题,采用动态校准及动态补偿方法,改善了测压系统的动态性能。试验结果表明,测压系统的动态性能指标满足要求,可满足小型电爆阀中火工品输出压力测试需要。

跳跃机器人浮动基动力学模型及试验

研究了平面腿型跳跃机器人浮动基动力学模型的建立、仿真及试验问题.将跳跃机器人模型抽象成由三根均质连杆组成的平面跳跃机构,建立3个坐标系研究跳跃运动的变约束性.分别对支撑相和腾空相的运动模型进行分析,建立了Lagrange动力学方程.由于支撑相足尖与地面满足Pfaffian约束,因此将机器人足尖平移坐标与关节变量统一作为广义坐标,建立显含力约束的跳跃机器人浮动基动力学模型.确定跳跃运动约束方程和相互识别条件.通过仿真和样机试验说明了跳跃机器人浮动基动力学模型的正确性.