半刚性自适应可展开伞状减速装置设计与分析

针对可展开式减速器的辐条在复杂气动载荷下易发生弯曲变形的问题,提出一种具有刚度自适应性可展开伞状减速装置,通过合理布置预张紧柔索使辐条的抗弯刚度随外界气动载荷的增大而增强。首先,基于载荷方程建立减速装置支撑结构的理论模型,分析刚度自适应性的作用原理,其次,利用有限元分析软件创建无索与含索减速装置的对照模型,验证含索减速装置的刚度自适应性。最后,建立运动微分方程与虚拟样机模型,分析减速装置展开过程。分析结果表明,在直径10 mm,初始应力10 MPa的预张紧柔索作用下,辐条最大挠度随载荷的变化曲线变为单调递增的平滑凹曲线,曲率随预张紧柔索初始应力的增大逐渐减小;含索减速装置整体的最大变形在0~60%极限载荷区间低速稳定增长,最大挠度减小超过50%,展现出较理想的刚度自适应性。

设有自适应刚度减震装置多塔连体结构的减震效应分析

提出了一种适用于减震结构不同水准抗震性能设计要求的新型自适应刚度减震装置,在不同变形下可呈现出正刚度、负刚度、准零刚度特性。基于新型自适应刚度装置的元件刚度及初始倾斜角对装置受力变形特性的影响建立恢复力模型,并进一步进行了力学参数的影响分析,得到元件刚度和初始倾斜角对装置力学性能的影响规律。最后将所提出的自适应刚度装置应用于多塔连体结构高空连廊中,对连体结构进行了不同水准地震下的动力时程分析,结果表明,新型自适应刚度减震装置适应不同水准抗震性能设计需求,并且对连廊和主体结构具有较好的减震耗能效果,可同时控制结构在地震作用下的加速度响应和连廊与主体结构的相对位移。

膝关节外骨骼机器人自适应变刚度承载优化研究

针对人体膝关节转动瞬心的运动规律,以及下肢在支撑相运动过程中需要外骨骼提供较高的辅助承重刚度、摆动相中外骨骼与膝关节运动空间相匹配兼容等特点,提出一种新型自适应变刚度膝关节外骨骼机器人。以此为研究原型,采用拉格朗日法构建了膝关节外骨骼转动部分系统动力学模型,并以此为基础在Matlab平台上开展了其负载优化仿真研究,最终得到膝关节外骨骼在支撑相平均可以承载63.93%人体膝关节运动载荷的优化结果,进而验证了膝关节外骨骼运动承载的辅助性能,同时验证了变刚度承载优化方法的有效性。

可变刚度液压机械臂的设计与仿真

为提高机械臂的负载能力和安全性,设计了一种承载能力大、刚度可变的液压机械臂。首先介绍了液压关节的转角自伺服原理及变刚度自适应机制,结合液压转角自伺服关节和变刚度液压被动随动关节完成了机械臂的结构设计。然后运用蒙特卡洛方法求解了该机械臂工作空间,证明其符合正常使用要求。最后基于ADAMS对可变刚度液压机械臂进行了动力学仿真,仿真结果表明该机械臂在低刚度状态下的碰撞力相较于刚性机械臂降低了约60%,为后续的结构优化与精度控制提供了重要理论基础。

双指型农业机器人抓取球形果蔬的控制器设计

现阶段针对苹果、番茄这类球形果蔬设计的采摘机器人末端执行器大多采用相似的双指结构,但是这类采摘机器人的抓取控制方法均是一对一的研究,研发成本偏高且产品不具有通用性。阻抗控制是常用的柔顺控制方法,能够将果蔬的受力-形变等效为环境导纳模型,不同的果蔬对应不同的导纳模型,但是基本的阻抗控制框架是一致的。因此,本文分别选取偏软和偏硬的两种球形果实,通过压缩试验模拟抓取过程,得到果实受力及形变数据,并以此计算得到果实等效刚度。接着,使用BP神经网络分别对原始数据进行训练及验证,得到各层权值。然后在Simulink中建立环境导纳模型并根据不同的果实选择不同的权值,并完成阻抗控制系统的搭建。同时,根据环境导纳模型中的等效刚度估计值实现在线调整阻抗控制器刚度参数。最后通过Matlab进行仿真验证,结果表明改进后方法对于抓取苹果和番茄两种果实,期望力超调分别为2.2%和1.5%,位置控制器输出最终分别稳定在0.55 mm和4.02 mm范围内,可验证所提方法在理论上能够实现农业机器人的柔性抓取。

Adaptive robust output force tracking control of pneumatic cylinder while maximizing/minimizing its stiffness

The system considered in this work consists of a cylinder which is controlled by a pair of three-way servo valves rather than a four-way one.Therefore,the cylinder output stiffness is independently controllable of the output force.A discontinuous projection based adaptive robust controller (ARC) was constructed to achieve high-accuracy output force trajectory tracking for the system.In ARC,on-line parameter adaptation method was adopted to reduce the extent of parametric uncertainties due to the variation of friction parameters,and sliding mode control method was utilized to attenuate the effects of parameter estimation errors,unmodelled dynamics and disturbance.Furthermore,output stiffness maximization/minimization was introduced to fulfill the requirement of many robotic applications.Extensive experimental results were presented to illustrate the effectiveness and the achievable performance of the proposed scheme.For tracking a 0.5 Hz sinusoidal trajectory,maximum tracking error is 4.1 N and average tracking error is 2.2 N.Meanwhile,the output stiffness can be made and maintained near its maximum/minimum.

模糊PID在电动伺服试验系统中的应用研究

针对设备开发中应用PID控制算法难以满足复杂多变场合控制性能指标要求的情况,首先研究并制定应用模糊控制进行PID参数自整定的规则,以电动伺服试验系统为控制对象,结合一定的数学模型在Matlab/Simulink环境中进行控制仿真和分析,然后选用Leetro EtherCAT型I5控制器基于IEC61131-3标准开发下位机实时控制软件,选用笔记本电脑作为上位机开发人机交互软件,根据QC-T 740乘用车座椅总成相关要求进行座椅靠背骨架总成刚度试验台的设计,最后进行测试使用,结果表明系统具有响应速度快和控制精度高等特点。