Trajectory tracking control of the bionic joint of the musculoskeletal leg mechanism

Pneumatic artificial muscles(PAMs) have properties similar to biological muscles,which are widely used in robotics as actuators.It is difficult to achieve high-precision position control for robotics system driven by PAMs.A 3-DOF musculoskeletal bionic leg mechanism is presented,which is driven by PAMs for quadruped robots.PAM is used to simulate the compliance of biological muscle.The kinematics of the leg swing is derived,and the foot desired trajectory is planned as the sinusoidal functions.The swing experiments of the musculoskeletal leg mechanism are conducted to analyse the extension and flexion of joints.A proportional integral derivative(PID) algorithm is presented for controlling the flexion/extension of the joint.The trajectory tracking results of joints and the PAM gas pressure are obtained.Experimental results show that the developed leg mechanism exhibits good biological properties.

船用起重机多柔索减摇系统的动力学分析与工程应用

针对船用起重机在高海况下普遍存在的工作效率低、风险大、吊装定位精度低等问题,设计出一种船用起重机多柔索减摇系统。将多柔索减摇系统简化成船舶运动和风载荷激励的约束摆模型,利用MATLAB/Simulink对多柔索减摇系统的动力学特性进行仿真分析,并在船用起重机多柔索减摇系统的实验样机上进行了验证。实验结果表明,多柔索减摇系统的平均减摆比可达78%,证明了多柔索减摇系统的有效性。

多场耦合作用下凸轮轴摆动磨削工艺对残余应力影响规律分析

为探讨摆动磨削工艺下,不同工艺参数对残余应力的影响规律,基于ABAQUS子程序DLOAD与DFLUX模拟磨削中的磨削热与磨削力进行热-力多耦合,建立多场耦合作用下凸轮轴摆动磨削残余应力场有限元模型,研究不同工艺参数对残余应力的影响,并通过XRD进行试验验证.结果表明,建立的有限元模型与试验误差少于16%,模型合理、可靠;摆动磨削能产生更大的残余压应力;增大摆动与幅度可以起到辅助加工的作用.研究结果为凸轮轴摆动磨削工艺提供了优化途径.

抹灰机摆动喷涂机构创新设计与分析

针对上一代建筑墙面砂浆抹灰机的喷涂模块结构复杂、运行不稳定及施工效率低等问题,创新设计了一种结构简单、性能稳定的摆动喷涂机构。通过直线导轨滑块与丝杆、滑台的联动作用,实现砂浆喷涂摆臂的摆动。利用SolidWorks软件创建了摆动喷涂机构的三维模型,并对喷涂机构进行运动学分析;采用机械系统的动力学自动分析(automated dynamic analysis of mechanical systems,ADAMS)软件对喷涂机构进行运动仿真,得到了砂浆喷涂摆臂的运动学特性以及砂浆轨迹;制作出摆动喷涂机构样机并安装在抹灰机上,进行砂浆喷涂现场实验。实验结果表明:摆动喷涂机构设计合理,其结构简单、运行稳定、施工效率高;喷涂出的砂浆连续且均匀,其轨迹基本趋近于一条直线,砂浆喷涂施工质量较高。采用摆动喷涂机构喷涂的建筑墙面砂浆抹灰机具有较好的应用前景。

面向车门锁电动吸合开启优先功能的凸轮摆杆柔顺连杆组合机构

针对高端汽车门锁电动吸合及开启优先功能需求,提出了凸轮摆杆柔顺连杆组合机构,构造了双凸轮单摆杆和含弹簧构件四杆机构的组合机构,结合限位块、接触状态、凸轮间歇运动、型面突变等构件特征,可实现柔顺自适应滚滑、刚性拨动、避让释放3种运动模式及各模式间切换;嵌入锁内棘轮棘爪锁紧机构,将组合机构转化为电动吸合与开启支链;对应汽车门锁电动吸合、手/电动开启及复位、吸合复位3种工况,以相应驱动方式和运动边界条件,研究分析了吸合运动与锁内现有支链的运动兼容功能、开启优先功能、吸合卡止情况半锁开启功能。将机构及驱动嵌入车门锁进行仿真,研究了全工况开启凸轮与摆杆、摆杆与棘轮、棘轮与棘爪的接触力;机构仿真实现各功能动作的时间与车门锁设计要求匹配,其由半锁到全锁的吸合过程时间为420.97 ms,复位时间为29.03 ms,手动开启时间为622 ms。

基于数字孪生的航天发射塔摆杆机构故障诊断研究

针对因历史故障数据不足,缺少规范的故障数据收集机制和成熟的质量监测管理技术手段,大型复杂机电液系统性能状态难以准确评估的问题,以发射塔电缆摆杆作为典型机构,研究并提出了一种基于数字孪生技术的故障诊断方法。该方法以数字孪生系统“五维模型”理论为基础,构建了摆杆系统数字孪生架构体系;运用UG软件,通过几何运动学和动力学建模,建立了虚拟仿真模型,设计了基于ADAMS和Matlab联合仿真的数字孪生系统。该系统通过仿真信号与实测信号的对比,表明其对于物理实体的模拟仿真精度可达96%。最后,通过典型喘行故障试验,修改虚拟模型有关参数进行仿真,验证基于数字孪生体对摆杆机构故障诊断的有效性,以及利用其论证维修改进方案的可行性。

机械摇晃法在呼吸重症鼻肠管患者鼻饲给药中的应用

目的探讨传统鼻饲法与机械摇晃法在呼吸重症鼻肠管患者鼻饲给药中的应用效果。方法选取呼吸重症监护室2022年6月至2023年6月收治的80例留置鼻肠管患者为研究对象,根据随机数字表法分为对照组和实验组。对照组采用传统鼻饲法,实验组采用机械摇晃法,比较两组患者首次鼻饲给药后灌注器内残留药物量、鼻肠管堵管例数、溶解药物的温开水用量。结果实验组患者首次鼻饲给药后灌注器内残留药物量、鼻肠管堵管例数均低于对照组,溶解药物的温开水用量少于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论机械摇晃法与传统鼻饲法相比,更适用于呼吸重症鼻肠管患者鼻饲给药,可减少混悬药液残留量及溶解药物温开水用量,减少了患者的摄水量,有利于避免鼻肠管堵管和降低鼻肠管非计划性拔管及管道重置率。

新型碳纤维三维织物织机张力机构研究

文章针对织机张力控制问题,提出一种新型碳纤维织物织机张力机构,其采用电机驱动包胶辊转动主动送经,结合摆杆机构进行张力补偿,通过实验样机验证该机构可有效控制纱线张力。

往复摆动式仿生人工关节间润滑薄膜测量系统

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行机构、运动执行机构和环境温度等进行了重新设计和完善,可较好地模拟关节运动时承受的载荷、运动方式和环境温度;最后,呈现了3个不同的仿生人工关节间润滑薄膜测量实例.测量结果表明:与硬-硬人工关节摩擦副对比,承受相同载荷时低弹性模量的PDMS垫发生的较大变形能捕获更多的润滑剂流入接触区内从而形成了有效的润滑;在硅油和水润滑条件下对陶瓷球施加固定载荷和冲击载荷时,对PDMS软垫层的变形量随时间的变化实现了可视化测量,且发现在载荷施加初始的极短时间内变化很快,随后逐渐变得缓慢;对固定载荷下陶瓷球往复摆动的整个运动过程中形成的润滑膜进行了原位观察并同步测量了软垫层的变形量.本测量系统为评价仿生润滑材料的润滑性能提供1种新的技术手段,对揭示仿生人工关节的润滑机理具有较为重要的意义.

可调节腰部摆动角度的牵引床设计

提出了一种可调节腰部摆动角度的牵引床,基于人体工程学原理,对该牵引床进行总体结构、功能方案的设计;通过对比不同摆动机构的结构特点,进行腰部摆动模块的结构设计与分析,设计出以摆动导杆机构为核心的腰部摆动牵引模块。利用SolidWorks进行整体的三维建模,并对摆动机构建立相对应的数学模型,借助MATLAB进行了理论计算分析。

基于SimMechanics摆式输送机构运动仿真与分析

论文首次应用SimMechanics对四杆机构和曲柄滑块机构的组合机构进行运动学仿真,并将其应用于摆式输送机构运动分析中,获取机构中某些关键点的瞬时位置、速度和加速度的仿真曲线,并阐明了这种建模方法和仿真技术的具体应用,取得了较好的效果,通过与文献[1]中的基于Simulink的方法作比较得出结论:该方法对机械系统各种运动进行分析,建模直观方便,仿真功能强大。并为复杂多杆机构的设计提供了一定的理论依据和方法。

自复位摇摆双柱式桥墩抗震能力数值仿真分析

自复位摇摆桥墩是震后功能可恢复桥梁的重要结构形式。为研究不同设计参数对自复位摇摆双柱式桥墩抗震性能的影响,以我国首座自复位摇摆桥梁(跨京台高速洪士庄桥)为研究对象,推导了自复位摇摆双柱式桥墩的承载力计算公式;采用ABAQUS有限元软件建立自复位摇摆双柱式桥墩数值仿真模型,基于前期完成的拟静力试验结果验证模型的准确性。考虑预应力筋初始张拉力、耗能部件截面积、预应力筋配筋率等设计参数,分析了其对自复位摇摆双柱式桥墩抗震能力的影响规律。研究结果表明:预应力筋初始张拉力和配筋率增加,桥墩最大抗侧承载力增大,残余位移减小,耗能能力无明显变化;耗能部件截面积增加,桥墩最大承载力、残余位移以及耗能能力均有明显增大。参数分析表明自复位摇摆桥墩可同时具有良好的耗能能力和较小的残余位移,桥墩最大偏移率达4%时残余偏移率为0.56%,此时预应力筋配筋率为0.26%,初始张拉控制应力为极限强度的0.4倍,耗能部件对墩柱水平承载力贡献率为44.4%。研究成果可为自复位摇摆双柱式桥墩抗震能力设计和评估提供参考。

宽幅挠性石棉垫基材板自动翻转机设计

针对在基材板表面辊印商标工艺中,人工翻转石棉垫基材板速慢、劳动强度大、垫板易损坏等现状,设计了一种适用于宽幅挠性石棉垫基材板的自动翻转机.提出了真空吸附、摆动进板、辊压摩擦输送的宽幅挠性薄板翻转工艺,基于多机构协同设计理论,建立了自动翻转机的三维模型,设计了石棉垫基材板自动分层机构、真空吸附摆动进板机构、辊压摩擦输送机构等,设计了翻转机多机构协同工作循环图.采用优化设计理论,优化设计了真空吸附摆动进板机构,确定了三铰链点最优安装位置,使推送气缸推力利用率最大化.自动翻转机具有生产节拍快、稳定性好的优点,可有效解决企业的实际生产问题,并对其他宽幅挠性物料翻转机械的结构设计有一定的启发和借鉴作用.

火炮自动装填系统摆动机构的运动精度可靠性与灵敏度

为高效准确地分析某自动装填系统摆动机构的运动精度可靠性,并分析其尺寸参数的可靠性灵敏度,构建摆动机构运动学模型。考虑摆动机构尺寸误差以及铰接间隙的影响,利用稀疏网格数值积分方法获得运动学响应变量的前4阶统计矩,通过鞍点估计方法得到运动学响应变量的概率密度函数,获得某自动装填系统摆动机构运动精度可靠度,并以此为条件通过计算得到尺寸参数的可靠性灵敏度分析结果。研究结果表明:新方法的计算结果能够较好地吻合蒙特卡洛方法获得的结果,且所需样本点较少,验证了方法的有效性,同时计算所得的摆动机构运动精度的失效概率较小,运动精度可靠性较高;主动臂长度对运动可靠性影响较大,其余参数影响较小,为摆动机构基于可靠性的设计提供了参考。

振打机构摆臂疲劳寿命仿真及可靠性分析

目的 针对振打机构关键部件摆臂,开展疲劳寿命及关键参数影响程度仿真分析,获得寿命分布及可靠性数据,校核摆臂设计是否满足使用要求。方法 基于S-N曲线进行振打机构摆臂的寿命仿真,开展动力学仿真与应力仿真,获得不同温度下摆臂最低寿命与管壁壁厚的关系。通过对关键寿命影响参数进行影响程度仿真分析,获得寿命分布及可靠性数据。结果 当摆臂壁厚大于1.77mm时,摆臂的平均寿命大于144万次,满足产品设计要求。疲劳寿命与弹性模量E负相关,与抗拉强度和表面加工系数正相关。可靠度R取0.8时,摆臂的可靠寿命约为29 005次;可靠度R取0.9时,摆臂的可靠寿命约为11 891次。结论 振打机构摆臂壁厚需大于1.77 mm,摆臂表面质量系数大于0.827 3,材质抗拉强度大于907.76 MPa,弹性模量E小于2.041×10^(5)MPa。

大电流MAG焊不稳定熔滴过渡形成机理及影响因素分析

熔滴过渡的稳定性对大电流熔化极活性气体保护焊(MAG)焊接质量至关重要.采用高速摄像系统、电信号采集系统对大电流MAG不稳定熔滴过渡过程、电弧形态及电信号进行研究,揭示不稳定熔滴过渡的形成机理,分析了影响大电流MAG不稳定熔滴过渡临界电流值的因素.结果表明,大电流MAG焊熔滴过渡为摆动过渡和混合过渡的不稳定过渡模式,液锥受强电磁力是失稳偏离焊丝轴向的直接原因,电弧旋转/摆动频率随熔滴过渡模式和电弧形态不同而不同.焊丝伸出长度为影响不稳定熔滴过渡临界电流值的主要因素,且在试验参数内随着焊丝伸出长度的增大临界电流值显著减小.

沙漠沙柳湿法种植机

针对沙漠治理问题设计了一种可自动播种的沙柳种植机器,利用湿法种植提高了沙柳树苗周围的土壤透水率,使其成活率显著提高,同时节省了人力资源,大大提高了种植效率。种植机采用齿轮齿条带动硬质水管的方式进行打洞注水,丝杆导轨机构保证打孔与落苗位置的统一,配合特制的同步带运送沙柳苗,最后通过摆动导杆落苗,保证其动作准确、稳定性高,对沙漠治理具有较大的应用价值和广阔的市场前景。

摆动油缸驱动式托盘交换机构设计

以卧式加工中心为母机,设计630 mm托盘交换机构。详细阐述了托盘交换机构的结构,包括安装底座、支撑腔体、上底座、齿轮中心轴、交换臂、液压缸体、液压活塞、花键轴等。摆动油缸驱动式托盘交换机构以液压为驱动力,实现交换机构升降旋转。采用活塞结构与轴承、摆动油缸相结合的结构方式,完成升降与旋转,升降过程由活塞结构完成,旋转过程由摆动油缸完成,具有安装简单、高稳定性、高效率等优点。

限位条件下直轨倒立摆摆起控制量的分析研究

目的研究直轨倒立摆在导轨限位条件下摆起控制问题,为倒立摆的摆起控制策略提供参考。方法利用达朗贝尔原理建立倒立摆在导轨限位下倒立摆的系统力学模型,根据现有的倒立摆数据在摆杆处于最低点进行短时加载计算,并从实验观测出发,以摆起终点为目标,对摆起控制量进行优化。结果对倒立摆系统进行短时加载,倒立摆系统经过14次正反向的加载,成功实现了在6.14 s内对倒立摆系统的摆起控制工作。结论直轨倒立摆在导轨限位条件下,对其进行短时加载,可以实现倒立摆的摆起控制,有效降低了倒立摆系统控制量出现冗余情况,提高了倒立摆系统的摆起控制效率。

机械臂参数优化数学模型及参数影响分析研究

针对欠驱动机构运动不确定性引起的采摘机械臂滑道大幅度摆动现象导致的机构运动不稳定性的问题。提出了一种基于混合蛙跳算法改进的代理模型技术来建立滑块驱动速度、滑轨高度、滑轨倾角与滑道摆动角度峰值之间的参数优化数学模型,利用KRIGING模型建立设计参数与滑道摆动角度峰值之间的数学模型,通过混合蛙跳算法优化传统kriging模型变异函数的参数,提高其数学模型精度;基于参数优化数学模型,分析了滑块驱动速度、滑轨高度、滑轨倾角对滑道摆动角度峰值的影响。仿真结果表明:参数优化数学模型精度更高,误差更小,能为参数优化提供更加精确的数学模型;滑轨倾角、驱动速度、滑轨高度对滑道摆动角度峰值变化幅度影响程度由大到小的顺序为滑轨倾角>驱动速度>滑轨高度。交叉变化对滑道摆动角度峰值影响程度为滑轨倾角-滑轨高度>滑块驱动速度-滑轨倾角>滑块驱动速度-滑轨高度。