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.

电驱式单行水稻育秧盘摆盘覆土机设计与试验

为实现水稻育秧棚内机械化,针对现有育秧模式中秧盘摆放与底表土铺覆环节劳动强度大、生产效率低、作业时间长,以及现有秧盘摆放装置大多不适用于塑料软盘等问题,结合水稻育秧农艺要求,设计了一种电驱式单行水稻育秧盘摆盘覆土一体机。阐述了整机结构与摆盘覆土的基本原理,对覆土皮带与横向导轨进行了仿真分析,并验证了设计的合理性。以覆土量均匀性变异系数、覆土表面平整度、秧盘纵向整齐度和秧盘横向整齐度为试验指标进行田间试验,结果表明:电驱式单行水稻育秧盘摆盘覆土机作业效果较好,覆土量均匀性变异系数<3%,覆土表面平整度<2 mm,秧盘纵向横向整齐度均≤2 mm,满足水稻育秧农艺要求和水稻工厂化技术要求中对秧盘摆放与覆土的技术规范要求。

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。

在役变压吸附器的失效机理分析

变压吸附器是制氢装置中的关键设备,长期服役于交变载荷工况。国内已发生多起变压吸附器开裂和泄漏事故。对变压吸附器的失效机理进行分析后可知:当变压吸附器在大气温度运行时,氢脆的影响可以忽略;采用疲劳裂纹扩展速率曲线的第二阶段对疲劳寿命进行评估时,氢对疲劳裂纹扩展的影响可以忽略。变压吸附器的主要失效机理为机械疲劳,通过有限元法、疲劳损伤累积理论和断裂力学性能测试等方法可以预测变压吸附器的疲劳寿命。

变电所门的设计要点简析

梳理变电所门的主要作用和设置要点;介绍变电所门的常见的“机械锁”和“门禁”两种形式的管理方式;结合气体灭火系统的特点,分别对两种管理方式下变电所的外门和相邻变电所之间双向开启弹簧门的特点进行分析,提出一种验证灭火剂喷射时能否顶开变电所门的公式,并结合气体灭火系统的要求提出合理建议;最后,分析低压柜长度对门设置的影响并提出建议。

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。

鱼类自主游动推进机理与游动性能二维数值模拟研究

推进机理及游动性能研究对鱼类洄游通道建设具有重要意义。利用计算流体动力学方法结合重叠网格技术,通过编译控制鱼体摆动的UDF程序,对二维鱼类自主游动进行模拟,分析鱼体压力场分布及反卡门涡街结构演化过程与参数变化情况,开展不同摆尾频率、摆尾幅度、鱼体体形及尾鳍尺寸等参数下鱼类游动性能及鱼体受力的变化情况,揭示鱼类自主游动过程中的游动机理。研究结果表明:(1)鱼体尾鳍周期性往复摆动下漩涡脱落形成反卡门涡街,是鱼体前进推力的主要来源,且随着摆尾频率、摆尾幅度的增加,鱼体尾部涡街长度、涡街强度逐渐增加,而摆尾幅度对涡街宽度的影响较大;(2)随着摆尾频率、摆尾幅度的增加,纵向平均合力系数和最大侧向力系数均增大,使得鱼类获得较大的游动速度,但摆尾频率改变时平均合力系数和游动速度的增加更为明显,摆尾幅度改变时最大侧向力系数的增加更为明显;(3)随着体宽指数的增加,纵向平均合力系数逐渐减小,需克服的游动阻力增加,使得鱼类游动速度逐渐减小,而最大侧向力系数逐渐增加;(4)随着尾鳍指数的增加,纵向平均合力系数和最大侧向力系数均增大,使得鱼类游动速度逐渐增大。研究成果可为鱼类生境恢复营造提供支撑。

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。

摆轮活齿传动系统的几何参数约束研究

针对传统摆动活齿传动存在的尺寸链长、关键构件结构薄弱等问题,提出了一种摆轮活齿传动构型及其齿形设计方法和参数选取策略。将摆轮活齿传动机构进行等效化处理,采用拓扑分析构建等效连杆矢量传递模型,基于共轭啮合原理推导出激波器和中心轮共轭齿廓矢量方程,以避免运动干涉、齿廓顶切为约束条件,将传动压力角作为评判依据,制定摆幅系数及激波器基圆半径参数选取策略,并依据优选参数和两组对比参数分别进行齿形设计与性能分析。研究结果表明:设计的摆轮活齿齿形连续、运转无卡顿;相比于两组对比参数,采用优选参数的摆轮活齿在相同负载工况下激波器活齿啮合力峰值分别降低37.09%和28.28%,验证了设计策略的有效性。研究成果可为摆轮活齿齿形设计及参数选取提供理论参考。

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。

链式红枣去核机的设计及试验

为解决现有红枣去核机普遍存在的缺陷,如机构复杂、定位不准确、适应能力低及枣核残留比例高等问题。在对现有红枣去核机机构和结构综合分析的基础上,该文提出了一种新型的红枣去核机机构,给出了排队、上料等机构,对主传动系统和关键执行机构的参数进行了计算。最后制作了样机并进行了试验,结果表明本机器能适应直径在10～24mm范围的红枣,具有不用预先分拣,适应性强,枣核残留比例小于2%等优点。

摆动活齿传动系统振动的动力学模型

针对摆动活齿传动机构的动力学特点,对摆动活齿传动系统的弯曲振动、扭转振动及其耦合效应进行了分析,并综合考虑了系统输入轴的弹性、输出轴轴承的弹性及活齿与激波器、内齿圈的啮合弹性等的影响,建立了摆动活齿传动系统的动力学模型,导出了系统的多自由度时变系数弹性动力学方程。应用矩阵迭代摄动法,对摆动活齿传动系统的固有频率进行了求解和分析。

一种高灵敏度自主采样式热释电传感器的研究

为了提高热释电型红外传感器的探测距离和提高其探测灵敏度,本文提出了一种具有高灵敏性的热释电红外传感器的基本设计方法。这种热释电红外传感器采用正弦波电流发生器和电磁线圈产生电磁力驱动凸透镜进行微幅摆动。被检测的热释电红外信号经过滤光镜片和摆动的凸透镜聚焦后,其红外光焦点同样也进行微幅摆动。这样,安装在红外光焦点运动轨迹上的热释电敏感元件被红外光焦点不断扫描而产生自主采样的热释电信号。由于凸透镜的受光面积较大,被聚焦的红外光线较多,因此提高了热释电红外传感器的检测灵敏度。一般来说,对同样的热释电敏感元件,采用自主采样式热释电红外传感器的探测距离可以达到菲涅尔透镜式的3倍以上。

船用起重机机械防摆装置动力学分析与实验

针对现有机械防摆方法对起重机本身作业造成干扰的问题,本文提出一种三绳牵引机械防摆装置。为了解决牵引索的张力设定问题,建立了所提机械防摆装置的几何关系模型和动力学模型;进行了静平衡分析,提出牵引索的张力约束条件;通过动力学分析并根据分析结果提出一种基于阻尼原理的张力设定方法。依据机械防摆装置原理,搭建了船用起重机防摆试验平台,吊重防摆实验结果表明:恒张力控制相对于无防摆时的面外角和面内角均分别减小达92%和69%以上,证明本文方法具有良好的吊重摆动抑制效果。