旋转运动柔性梁的假设模态方法研究

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型．首先采用 Hamilton 原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究．研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知豹动力特性研究．研究结果显示，当系统大范运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差．一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究．

旋转运动柔性梁的时滞主动控制实验研究

对旋转运动柔性梁的时滞主动控制进行实验研究,验证时滞反馈控制的有效性.实验中采用交流伺服电机带动柔性梁旋转运动,柔性梁上粘贴有压电作动器,用于控制梁的弹性振动.实验研究考虑如下3种情况:(1)仅使用电机扭矩进行控制,电机扭矩存在时滞;(2)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,仅压电作动器存在时滞;(3)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,电机和压电作动器存在不同的时滞量.重点通过实验验证时滞反馈控制的可行性和有效性.

电流变液用于旋转运动柔性梁振动控制的实验研究

建立了用于旋转运动电流变夹层梁振动响应测试的实验系统。对电流变夹层梁在不同电场强度与旋转速度下的振动响应特性进行了实验研究。实验结果显示,旋转运动电流变夹层梁在外加电场的作用下,能快速抑制梁的残余振动,缩短振动衰减时间。表明在外加电场的控制下,电流变材料能有效抑制旋转运动柔性梁的振动。

旋转运动柔性悬臂梁的动力特性及振动主动控制研究

摘 要:对旋转运动下柔性悬臂梁的动力特性和振动主动控制进行了研究。研究中考虑了 2种动力学模型:零次近似模型和一次近似模型。重点通过算例揭示 2种模型之间的巨大差异以及最优控制方法的有效性。算例结果表明,无控制时,零次近似模型只适用于较小旋转角速度时的情况;对于施加控制的情况,该模型的适用范围可放宽许多。一次近似模型不但能适用于较小角速度的情况,而且能够适用于较大角速度时的情况,且适用于无控制或有控制时的情况。最优控制方法能够使非惯性系下柔性梁的振动得到完全镇定。

旋转运动柔性梁的压电质量和刚度效应

对旋转运动柔性梁的压电质量效应和刚度效应进行了研究,给出了基于经典层板理论的压电层合结构的等效抗弯刚度.研究中考虑了大范围运动已知和未知两种情况.仿真结果显示,当压电长度很短时,压电材料对系统动力特性的影响不大,可以忽略不计;当压电长度较长且小于梁长度的一半时,压电刚度对系统特性有着较大影响,而压电质量的影响较小;当压电长度大于梁长度的一半时,压电质量对系统特性有着较大影响,而压电刚度的影响较小.

基于重复控制的旋转运动柔性臂建模和实验研究

为了研究重复控制对于旋转运动柔性臂控制精度的影响,本文建立了一个旋转运动柔性臂的动力学数值模型,并且特别考虑了齿轮传动机构对系统的影响。通过对动力学模型的仿真结果发现:齿轮传动机构的非线性是旋转运动柔性臂跟踪连续的周期信号时产生振动的原因。基于这一结论,一个基于重复控制补偿算法的PID控制器被用在Quanser公司的Rotary Flexible Link中去跟随给定运动状态。仿真结果和实验结果验证了重复控制可以提高旋转运动柔性臂的跟踪精度。

柔性运动侧线感知水下动态目标的耦合水动力场特性研究

为实现柔性运动侧线感知水下动态目标,研究了仿鱼人工侧线与水下运动目标耦合形成的水动力场特性。采用计算流体动力学方法建立仿生机器鱼原地摆动感知目标偶极子源的耦合求解模型,仿真分析偶极子源位置、直径、振动方向和频率对耦合水动力场的影响关系。建立仿生机器鱼自主推进感知目标偶极子源的仿真模型,研究不同振动频率偶极子源的感知定位特性。结果表明:仿生机器鱼原地摆动时压力传感器阵列采集的压力值与距离成反比,与偶极子源直径、最大振幅以及振动频率成正比;仿生机器鱼自主推进时,可通过压力信号的频谱图预测偶极子源振动频率和位置。

弹力带柔性抗阻运动对中老年女性骨密度和跌倒风险指数的影响分析

目的 探讨弹力带柔性抗阻运动对中老年女性的影响。方法 选取2022年12月-2024年6月30名养老院中老年女性为受试者,随机分为对照组(正常生活)和实验组(弹力带柔性抗阻运动训练)各15例。对比骨密度、骨代谢、跌倒风险指数、运动功能。结果 干预前,两组骨密度、骨代谢、跌倒风险指数、运动功能指标差异无统计学意义(p>0.05),干预后实验组各项指标优于对照组(p<0.05)。结论 弹力带柔性抗阻运动可防止中老年女性骨密度流失,改善骨代谢指标,提升运动功能,规避跌倒风险事件,值得推广。

肠道微机器人柔性运动系统

提出一种适用于肠道微机器人的柔性运动系统来提高肠道机器人微创诊断的主动运动能力。柔性运动系统采用尺蠖型运动方式,由柔性运动机构和柔性驱动机构组成。柔性运动机构包括径向气囊软足和轴向伸缩推杆,并用万向节连接微机器人前后腔体从而提高运动柔性;柔性驱动机构利用尼龙线绳牵引波纹管泵驱动气囊软足和伸缩推杆激励微机器人伸缩。微机器人样机直径为12.2mm,长度为78mm,质量为14.8g,最大径向钳位外径为20.2mm,最大轴向行程为16.4mm。实验结果表明,柔性驱动机构可以为波纹管泵和伸缩推杆分别提供最大为0.67N和0.65N的驱动力;微机器人样机能够在不同倾斜角度的刚性有机玻璃管中运动,在水平和竖直管道中的平均运行速度为0.38mm/s和0.25mm/s;能通过最小曲率半径为49.3mm的塑料软管,在离体肠道中也能实现有效运动。本柔性运动系统为肠道微机器人提供了一种安全有效的自主运动方案。

基于模型设计方法的机器人柔性运动控制算法的实现

运动控制算法是机器人系统设计的关键技术,通常面临通用性差、嵌入算法复杂、设计周期长等问题。本文结合嵌入复杂的柔性S形加减速运动控制算法,提出了一种基于模型的软硬件协同高效设计方法,可以大大缩短机器人运动控制系统的设计周期,提高开发效率。通过对柔性运动控制算法建模,建立了一组易于解算的接口参数列表,算法将根据输入列表参数自适应变化运动速度规划,提高应用灵活性。在Simulink中完成了柔性运动控制算法的模型设计与仿真测试;然后通过MathWorks工具箱为模型自动生成嵌入式C代码和可编程逻辑IP核;最后在以Zynq-7000为核心的运动控制器中实现算法功能。实验结果验证了基于模型的软硬件协同设计方法的可行性和有效性。

基于复杂柔性运动流场数值求解的动网格方案及应用

为解决在复杂柔性边界非定常变化的流场中高精度结构化网格的应用问题,提出一种二维贴体结构网格快速生成的动网格计算方案,基于代数法对流场边界进行贴体网格快速生成,根据边界的变化,随时间步快速生成新的高质量结构化网格.应用于类鱼体柔性推进流场的计算结果显示,所提出的方案在计算负荷、网格交叉、多时间步网格质量等方面性能良好,充分显示了结构化网格在网格生成速度、网格质量、计算精度、湍流模型适用性等方面的优势,为柔性运动的流场研究提供了新方案.

含柔性运动副欠驱动机构的运动确定性研究

欠驱动机构运动学和动力学约束不完整,机构运动具有不确定性,欠驱动机构引入柔性运动副后可利用其弹性反力一定程度上弥补动力学约束的不完整,但其运动的确定性仍与机构的初始状态和柔性运动副刚度有关。针对该问题,以含有柔性移动副的平面二自由度欠驱动机构为研究对象,提出一种运动学、动力学求解的数值迭代算法,力求通过求得运动和动力约束方程的确定解来研究该类机构的运动确定性。首先,建立机构的运动学、动力学模型,然后,利用MATLAB对该机构进行求解,得出了不同初始状态下机构能够实现确定运动的最佳刚度范围,最后,通过多组数据分析得出了最优驱动力矩与柔性移动副刚度之间的拟合曲线。

采用柔性运动微机器人的微装配系统

微型化是机电一体化发展的一个重要方向.微机械产品可用于电子、通讯、交通、计算机、生物医学、精密机械、航空航天、材料科学、生态农业、地球科学等众多领域并为这些领域带来新的突破和飞跃.微机械装配技术是微产品开发的关键技术之一.本文介绍一种柔性好、精度高、装配快的基于微机器人的微装配站系统.

周期变速旋转运动电流变夹层梁的参激振动

采用多尺度法对周期变速旋转运动电流变夹层梁的动力稳定性进行了研究.假设电流变夹层梁绕固定轴线做随时间变化的简谐周期运动,将变速度转动梁作为一个时变参激振动系统,分析了不同结构和控制参数对失稳区域的影响.仿真结果表明,改变外加控制电场强度的大小和梁的结构参数,可改变旋转电流变夹层梁发生动力失稳的临界角速度和失稳区域.故在一定的条件下,可以通过控制作用于电流变夹层梁的电场强度来调节旋转运动柔性梁的振动特性,提高结构的动力稳定性.

多尾鳍协调推进模式刚/柔运动仿真对比分析

提出了一种新型的仿生水下混合推进模式,采用多尾鳍协调驱动方式融合了鱼类的波动推进模式和水母的射流推进模式,能够实现波动、射流、转弯、制动等机动动作。建立了刚性/柔性击水鳍运动学模型,着重利用计算流体动力学方法对刚性/柔性击水鳍的波动-射流推进运动进行了数值仿真,结果表明柔性击水鳍的动力特性和游动性能优于刚性击水鳍,为进一步研究多模式推进理论奠定了基础。

柔性机构的结构拓扑特征及其自由度分析

柔性机构是利用组成元素间的相对柔性来获得运动或力的一类机构。通过分析柔性机构的结构特点 ,本文提出了一个新的拓扑图来表示柔性运动链的结构拓扑特征 ,并给出了相应的矩阵表示 ,借助该矩阵中的信息 ,可以方便地对柔性机构进行自由度分析。并且指出柔性机构是一种变自由度机构 ,其自由度的数目与机构所受外力 (矩 )的大小和方位有关。

遥操作旋转运动梁系统多目标优化控制研究

本文以旋转运动柔性梁为对象,采用基于胞映射的多目标优化方法进行遥操作系统双边控制研究.首先建立遥操作旋转运动柔性梁系统动力学方程,其次考虑信号传输时滞和系统主从端跟踪误差信号设计主端控制器和从端控制器,并利用Lyapunov稳定性理论获得保证闭环控制系统稳定的控制增益所需要满足的条件.由于满足稳定性条件并不意味着好的控制性能,最后利用基于胞映射的多目标优化方法进行优化控制设计,得到同时满足多个不同目标的控制增益的Pareto最优解集.仿真结果表明所获得的控制增益能够有效实现遥操作系统主从端的信号跟踪,并且操作者能够及时感受到从端环境的变化.

现代机器的柔性化与分类研究

机电一体化、运动可控性、智能化是现代机器的重要特征,建立在机械运动系统的柔性化和可控化基础之上.分析机器功能的柔性化途径,提出可以在控制、驱动、机构等不同环节以相应方式为现代机器引入运动可控性.基于运动柔性程度,将现代机器划分为刚性机器、全柔性机器和适度柔性机器三大类型.认为适度柔性机器是应用前景广泛的一类新型机器,包括结构可调机器、伺服输入机器、混合输入机器三种型式.给出其应用实例.

一种基于双目视觉技术的运动线缆空间位姿测量方法

为了测量柔性运动线缆的空间位姿,提出了一种基于双目视觉的中心线匹配法,可以对长径比较大的柔性线缆类零件的空间位姿进行光学测量。通过运动估计方法提取ROI(感兴趣区域),对ROI进行二值化处理,再通过细化算法提取区域的骨架作为中心线,结合极线约束寻找中心线上的匹配点对,重建中心线上点列并拟合空间中心线。建立了实验系统,通过实验测试表明,该方法平均测量误差为0.09mm,证明了实验方法的正确性和可行性。

一种柔性电子凸轮的设计与工程应用

本文通过作者主导的项目实践,讲述了通过德国力士乐IndraWorksEngineering7.166软件开发平台,针对哈尔滨东安某军工企业定购的一台LG60高精度回转送进冷轧管机设备提出的要求,设计的一种可由客户灵活在线改变回转、送进工作模式的柔性电子凸轮以及为其配套设计的运动控制系统的应用案例。对有类似方面的工程应用需求,希望能起到很好的指导作用。