粮仓螺旋机器人螺杆推力模型构建与实验验证

目的:构建更加精确的粮仓螺杆推力模型。方法:利用数理模型进行建模,结合Janssen储粮压力理论和Janosi剪切—位移方程,建立剪切应力模型,并由剪切应力模型推导出螺杆的推力模型。通过设计并搭建试验装置,采用不同转速和压力组合进行全因素试验,将测得的试验数据与理论值进行对比。结果:推力模型理论值与试验值接近,曲线变化趋势相同,轴向推力模型平均相对误差为14%,阻力转矩模型平均相对误差为24%。结论:结合Janssen储粮压力理论和Janosi剪切—位移方程提出的不同深度下螺杆推力模型具有较高的可靠性。

螺旋机器人的结构参数对人体肠道壁损伤影响的优化研究

设计了一种无损伤螺旋式医用微型机器人,建立了机器人运行时肠道黏液的动力学控制方程,运用计算流体力学方法数值分析了机体正转和反转两种情况下,不同机器人结构参数(倾角α、槽面宽度与螺距之比β1、槽底宽度与螺距之比β2、槽深与半径间隙之比γ、螺旋角Φ和螺纹线数n)与肠道壁所受压力的关系,得到了最优的机器人结构参数值。

一种矿用管道检测机器人设计及牵引性能分析

针对瓦斯抽采管道破损泄漏检测问题,设计了一种具有管道检测和运动控制功能的螺旋式矿用管道检测机器人,介绍了该机器人的结构和检测与控制系统方案。建立了机器人在管道中运行的力学分析模型,并通过动力学仿真研究了影响机器人牵引性能的因素,结果表明:机器人在管道内运行时的牵引力与管道材质、螺旋角、管壁与驱动轮之间法向力有关;机器人在不同材质的管道中运行时最佳螺旋角不同,在相同材质的管道中运行时,无介质运输情况下牵引力高于有介质运输情况;机器人牵引力随法向力的增大而增大,但最佳螺旋角无明显变化;随着螺旋角增大,牵引力先增大后减小,螺旋角为40°时牵引力最大。为提高机器人通过弯管时的性能,提出一种变螺旋角过弯策略,即机器人主动控制螺旋角随螺旋运动单元转动以正弦式规律变化,使管道内侧的螺旋角小于外侧。搭建机器人测试平台对矿用管道检测机器人进行测试,结果表明:机器人在直管中运行的最佳螺旋角为40°;可通过增加法向力来提升机器人的牵引性能;采用变螺旋角过弯策略时,机器人在弯管中的通过性能和平稳性优于定螺旋角过弯。

液液混合两相流中内螺旋管道机器人运行性能分析

作为一类重要的无创肠道机器人,目前对螺旋管道机器人的研究都是针对单相液体流,但由于各类流质食物的存在,肠道环境为液液多相流状态。采用计算流体力学(CFD)方法数值,计算内螺旋管道机器人在液液混合两相流中的轴向推进力、流体动压承载量、机器人周向阻力矩和管道内壁所受最大压力等运行性能参数。结果表明:往液体环境管道中加入另一均匀分散的高黏度液体时,随着加入液体体积分数的增大,机器人轴向推进力、流体动压承载量、机器人周向阻力矩和管道内壁所受最大压力均随之增大;当加入的高黏度液体分散不均匀时,随着加入液体体积分数的增大,机器人轴向推进力呈波浪状增大,周向阻力矩也随之增大,但基本都小于高黏度液体均匀分散时的情况。

螺旋微型机器人对人体肠道壁损伤的数值仿真

提出了一种无损伤螺旋式肠道微型机器人,建立了机器人运行时,肠道粘液的动力学控制方程,运用计算流体力学方法数值分析了在机体的正转和反转两种情况下,不同机器人转速、肠道粘液密度、粘度和机器人直径与肠道壁所受压力的关系:随着机器人转速、粘液密度、粘液粘度、机器人直径的增加,机器人运行时对肠道壁产生的压力基本也随着增大,并且机器人直径的影响最大,粘液密度影响最小,所产生的对肠道壁的压力都是人体能够承受的,而肠道的扭曲程度对肠道壁所受压力的影响并不大。上述理论分析结果将为高速旋转的螺旋式医用微型机器人应用于人体肠道的无创或微创手术提供了必要的理论依据。

自平衡多螺旋钻地机器人研究

针对国内外钻地机器人的研究现状,提出了一种自平衡多螺旋钻地机器人,阐述了其总体结构与工作原理,对机构转速、螺旋倾角和土升角等参数作了分析计算,并借助ANSYS-Workbench软件对螺旋机构钻进时的土壤变形流动情况作了动力学仿真.分析结果表明,该钻地机器人通过左旋螺旋机构和右旋螺旋机构的组合有效实现了在土壤中钻进和转向的功能,为今后改装应用奠定了基础.

双螺旋驱动的血管机器人绿色设计(英文)

文章设计了一种双螺旋驱动的血管机器人,双螺旋结构有助于提高血管机器人运动灵活性,给出了效用函数初步评价血管机器人绿色性的模型.采用CFD方法分析血管机器人与血管壁间的稳态和瞬态流场,并进一步优化双螺旋驱动血管机器人的外形结构的6个参数,这些参数对血管机器人外部压力场影响明显,血管机器人直径D3参数对机器人外壁附近的速度场影响较明显.优化结果显示,当D1=2.2,D2=1.0,D3=2.4,L1=2,L2=5,Li=0.4-0.2时,血管机器人外流场对血管机器人运行影响较小.

中空双螺旋微机器人的飞秒激光动态全息高效加工

为了实现微机器人的快速批量制造,提出一种飞秒贝塞尔光束叠加干涉方法生成带侧瓣的环形光场,并结合动态全息加工术实现了中空螺旋微机器人的高效制造。对根据贝塞尔传输函数生成的贝塞尔全息图进行叠加,并对产生的光场进行仿真和实验测量。利用叠加的全息图加工得到具有不同侧瓣数目(2~4)的环形结构,分析了两种不同参数对侧瓣宽度和圆环直径的影响。通过引入动态全息加工方法,实现了中空双螺旋微机器人的高效快速加工,微机器人宽为25μm、长度为100μm。最后,利用旋转磁场驱动微机器人在微流体环境实现运动。实验表明,加工单个微机器人仅需6 s,旋转磁场下微机器人在7 s内沿直线前进400μm。该动态全息方法能够快速制备出中空双螺旋微机器人并实现无线磁驱动,为批量制造具有运载能力的磁驱微机器人提供了一种新的途径。

液固两相流中内螺旋胶囊机器人运行特性研究

目前国内外对肠道机器人的研究都是针对单相液体流环境,而肠液中实际存在食物残渣,肠道环境应为液固两相混合流体。采用计算流体力学方法计算了在液固两相混合流体中,内螺旋胶囊机器人轴向推进力、周向阻力矩和管道内壁所受最大压力等运行性能指标,并进行了实验验证。结果表明:在液固两相流中,机器人轴向推进力和周向阻力矩基本都随着固相颗粒尺寸和质量分数的增大而减小,而管道内壁所受最大压力随之增大;在液固两相流环境中机器人运行性能指标均低于单相液体流环境。实验证明在液体管道环境中,加入固相颗粒将降低内螺旋胶囊机器人运行性能。

4-RRR冗余并联机器人驱动力优化

为了在机构中实施内力控制,提出了一种基于功率优化的驱动力分配策略。首先,提出一种冗余平面并联机器人运动学和动力学分析的方法。用螺旋理论推导了机构雅可比矩阵,基于牛顿-欧拉公式计算主元点的惯性力螺旋,用虚功原理构建动力学公式。然后,基于力优化,分别分析了4-RRR机构和3-RRR机构的驱动力,比较结果表明4-RRR的驱动力峰值有所下降。最后,基于功率优化,对4-RRR的内力和驱动力进行优化,得到了机构内力和驱动力的变化规律。

管外机器人研究现状及其最新进展

用于管道、缆索、电缆、电线杆等作业的管外机器人正逐渐受到学术界和工业界的重视。综述介绍了国内外管外机器人的研究成果和最新进展,详细阐述了几种典型的管外机器人的基本结构、工作原理、特点和应用场合,提出并设计了一种新型的螺旋轮驱动管外行走机器人,介绍了其结构组成及工作原理,最后对管外机器人按行走原理进行了分类,为研发新型的管外机器人奠定了基础。

并联机器人支链结构的解析识别

提出了一种基于螺旋理论的少自由度并联机器人机构支链结构的解析识别方法,按照对并联机器人动平台运动的要求,确定对动平台的约束方式,并按照特定的约束识别对应支链螺旋系的基螺旋,通过基螺旋的线性组合确定转动副和移动副的螺旋表达式,进而根据有限运动条件列举出所有满足约束条件的支链结构.