接触力优化设计的熵正则化方法

包含单侧接触的机械和结构系统中,接触面间的局部接触力很大时,容易导致结构局部磨损和破坏。利用结构优化的手段极小化接触面上的最大接触力是调整接触面上接触力分布的一个有效途径。然而在数学上,目标函数的不可微和约束中的接触条件导致该结构优化问题属于非光滑和非凸优化问题,因而常用优化算法的优化结果是不可靠的。为此,本文提出接触力优化的一个熵正则化模型,并利用基于正则化过程的序列二次结构优化算法求解。所提的方法在数值上避免了处理不可微问题,而且正则化参数的调整还有助于获得更小的局部最优解。以离散结构为例的数值算例验证了本文的模型和算法。

果蔬采摘欠驱动机械手爪设计及其力控制

为了实现果蔬的无损采摘,采用欠驱动原理设计出一种结构更简单、通用性更强的末端执行器。欠驱动机构是指驱动器数目少于机构本身自由度数目的机构,基于欠驱动原理设计的机械手结构简单可靠,抓取物体时具有形状自适应能力,手指可完全包络物体,可以通过最大接触力的闭环力反馈控制来实现无损采摘。基于这一设计思想设计出仅靠一个电动机驱动三个手指的机械手爪,通过理论分析、手爪机构设计与建模、结构参数优化,确定设计尺寸制出机械手爪,设计控制电路结合力反馈控制进行抓取试验。试验结果表明该手爪能实现期望的抓取与最大接触力控制功能,并具有控制简单可靠、抓取稳定、不损伤果实等特点。

大型三排滚柱回转支承承载能力和寿命分析

针对两种不同类型的滚子,研究了大型三排滚柱回转支承承载能力和疲劳寿命.首先,通过理论推导滚子和滚道之间的变形量,并数值模拟轴承滚子和滚道之间的接触应力分布,从而推导滚子的寿命.计算结果显示,圆柱滚子的端部应力较大,而异形修正滚子最大应力出现在接触中心处,端部应力在数值上远小于圆柱滚子.通过等效应力的计算,在载荷较低时,圆柱滚子的疲劳寿命高于修正滚子;当载荷较大时,异形修正滚子的疲劳寿命明显高于圆柱滚子.

基于串联离合驱动的安全机械手静力学分析

以物理人机交互安全为背景,提出了基于串联离合驱动的安全机械手静力学分析方法。以末端执行器为参考点经过一系列推导得到关节限制力矩和最大各向同性力及最大接触力之间的关系及运算步骤,并以最大各向同性力与最大接触力的比值作为安全性能指标,应用于冗余机械手运动学中以优化机械手的操作性能。将末端执行器表面网格化,以平行四边形单元为研究对象推导得到单元上最大接触力的表达式。最后通过数值实例验证上述两种静力学分析方法的一致性、简便性和有效性,为根据机器人结构位形对力矩限制器进行标定提供了控制理论基础。

基于离散元法的边坡填土剪切性能分析

为了从微观角度分析边坡填土剪切性能的影响规律,以苏州市科技城凤凰山弃土场为研究对象,从现场取得的样品中将试样大体分为4种级配,利用颗粒流离散元软件构建直剪试验模型,研究关于剪切位移、剪切带以及接触网络的微观特征演化规律。研究结果表明,试样在剪切过程中表现出应变软化和屈服的特点。当试样进入剪切后期,剪应力达到峰值,其中中值粒径最大的杂填土试样的抗剪强度最高,峰值剪切应力达到327.74 kPa;颗粒位移呈水平带状分布,形成剪切带,宽度为1.52 cm左右;同时,力链网络中强力链显著聚集,与水平方向大约呈60°夹角,最大接触力达到1578.5 kN;随着中值半径的减小,剪切带的宽度以及最大接触力不断减小。在级配不良的样品内部,颗粒之间的嵌挤作用较弱,使得颗粒之间容易形成相对剧烈的相互错动。因此,黏性土中值粒径最小,剪切带宽度最小,最大的接触力最小,最容易发生剪切破坏。

沃柑果实跌落的仿真分析

为了给果实机械采收提供基础数据,通过输入沃柑的泊松比、弹性模量及密度在solidworks软件中进行了沃柑的跌落仿真测试。模拟跌落仿真之前通过试验确定了沃柑的弹性模量、泊松比、密度分别为0.653 MPa、0.225、812 kg·m^(-3)。在模拟仿真试验中,沃柑从1 m的高度分别跌落于木材、ABS塑料和铝合金上,由仿真结果得到了被冲击平面材料弹性模量值越大,则沃柑模型的最大接触力及最大等效应力越大,沃柑模型与被冲击平面的接触时间越短。