水下可重构机器人腿部结构设计与自由度分析

水利工程对水下机器人功能要求多样化,本文以水下可重构机器人为研究对象,研究腿部结构可重构使机器人具有多种移动模式,预期实现一机多用。本文将通过锁死UPS支链中等效球副中的一个转动,重构出3类U*PU支链,分析了各类支链的约束特点,得出Ⅰ类U*PU支链改变自由度的性质,Ⅱ类改变自由度的方向,Ⅲ类是一种不变自由度支链。基于含Ⅲ类U*PU支链的4-U*PU并联机构,设计水下可重构机器人的腿部结构,使其腿部具有2T2R和1R2T两种运动模式。采用旋量理论研究了腿部结构各运动模式变换过程中的自由度性质,分析机器人可重构性,使其满足爬行和蠕动两种运动需求。

某空间螺旋塔斜拉桥合理结构体系研究

某斜拉桥方案采用反对称螺旋形桥塔,空间四索面,造型较为新颖。由于桥梁结构较为复杂,为选用适宜的结构体系,基于桥梁结构的受力形态,在综合比较了漂浮体系、半漂浮体系、半固结体系的优劣后,确定半漂浮体系为最佳方案,并进一步讨论了地震作用下该桥合理的约束体系。这一流程对解决类似复杂结构桥梁合理结构体系的问题有一定参考价值。

直径10mm和14mm钢筋约束搭接连接力学性能试验研究

螺旋箍筋约束搭接连接在钢筋外围配置螺旋箍筋并灌浆,以约束搭接区域横向变形,从而提高搭接连接性能。目前,常用的灌浆材料为80MPa高强灌浆料,具有强度高、性能可靠等特点;但成本较高、对施工速度要求高。针对这一问题,本文拟通过12个试件的单向拉伸试验,开展搭接区采用C30细石混凝土浇筑的螺旋箍筋约束搭接连接受力性能试验研究;其中搭接钢筋直径分别为10mm和14mm,规格分别为HRB400和HRB500,搭接长度均为1.0la。试验结果表明:所有试件钢筋屈服前混凝土表面均未开裂;破坏时采用HRB400级和HRB500级直径10mm钢筋试件中钢筋被拉断,采用HRB400级和HRB500级直径14mm钢筋试件中混凝土出现劈裂裂缝且钢筋均已屈服。综上可见,采用C30细石混凝土浇筑的螺旋箍筋约束搭接连接用于小直径钢筋连接时钢筋搭接长度取1.0la可以满足受力要求,用于大直径钢筋连接时建议采用1.2la;此种连接构造可用于HRB500级高强钢筋的连接。

线偏差控制的螺旋机动突防与导引一体化设计

导弹机动突防弹道设计与末制导修正能力密切相关,在可用过载与终端角度约束下,提出一种基于线偏差控制的机动突防与导引一体化设计方法。首先,建立了机动突防与导引一体化设计模型;其次,设计了可用过载与终端角度约束的虚拟导引弹道制导律;再次,提出了一种运动过载约束的螺旋机动线偏差指令信号,并设计了相对机动弹道制导律。基于指令滤波和扩张状态观测器分别解决输入受限和干扰估计问题,并基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性。不同过载约束下的突防仿真结果表明,所设计的一体化方法能兼顾机动突防与精确打击需求,典型场景下对PAC-3拦截弹的单发突防成功率达到96.2%。

不定形状基无差别约束中人体运动图像重构防失控算法

提出一种不定形状基无差别约束中人体运动图像重构防失控算法,把运动员运动姿态的坐标看作一个随机过程,通过计算运动员的形状基数量,对无约束下的形状基进行分类,针对不同的形状基区域确定运动状态下形状基矩阵,运用分区约束结果指导不同重构矩阵的秩计算,对形状基数量进行可变性的计算,防止大区域下的重构失控。以不同的运动图像为实验对象,结果表明,该方法可以对运动员的三维运动参数重构结果进行优化,降低重构参数失控风险。

关于四足机器人的螺旋约束步态控制优化仿真

四足机器人常被应用于复杂场景中,这就要求机器人具有准确良好的步态控制。为了提高其步态控制的精确与稳定程度,提出了基于虚拟约束与螺旋模型的步态控制优化方法。方法首先针对四足机器人支撑阶段与非支撑阶段的状态,建立包含离散过程与连续过程的混动模型,然后根据虚拟约束对步态目标函数进行限定,降低模型参数的耦合度,再通过螺旋模型对优化任务采取分层处理,得到非支撑碰撞前、非支撑碰撞后、与支撑阶段三层,利用螺旋操作反复搜索最优解,得到的最优步态控制参数在每完成一层的处理计算后,将结果递进到下一层,从而实现步态控制参数的优化预测。仿真结果表明,基于虚拟约束与螺旋模型的步态控制优化方法具有良好的输出与功耗控制,对于四足机器人的步态控制精确且稳定,能够有效适应各种复杂场景中的自由行走。

等高齿螺旋锥齿轮的设计改进

采用“非零”变位原理设计等高齿曲齿锥齿轮，克服了传统设计方法中的许多限制条件，能够实现传统的设计方法所不能实现的传动要求。理论分析说明：运用“非零”变位原理，在Ｏｅｒｌｉｋｏｎ齿形制上应用，以求在同材质、同精度、同尺寸条件下，从设计上提高抗磨损性能和抗点蚀能力。

多约束螺旋机动变结构制导律设计

为提高高超声速飞行器俯冲段的精确打击和突防生存能力,提出了一种多约束螺旋机动滑模变结构制导方法。首先,基于双平面解耦思想,分别建立了俯冲平面和转弯平面相对运动方程。其次,基于滑模变结构控制理论,推导了考虑终端角度约束的滑模变结构制导律,并通过在切换面中引入视线角参考指令和机动控制项,实现多约束条件下的螺旋机动精确制导。同时,对制导律中的3个参数进行优化整定,以更好地满足落角、入射方位角、终端速度、过载等约束限制。以CAV-H为例进行仿真分析,仿真结果表明,该方法能够满足俯冲段终端落点和角度约束,精度较高,鲁棒性较好;同时,可实现预期的螺旋机动飞行,提高了飞行器机动突防和生存能力;相关算法可为高超声速滑翔飞行器俯冲段精确打击和机动突防综合性能提升提供参考。

无人水面航行器全局路径规划方法研究

针对无人水面航行器(unmanned surface vehicle,USV)的路径规划问题,提出了基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)和费马螺旋曲线(Fermat’s spiral,FS)的全局路径规划算法。首先,采用PSO全局路径规划算法,搜索航路点序列并将其顺序连接,以获得可行、最短且绝对安全的折线路径。其次,利用FS曲率可从零变化且连续的特点,设计FS光顺折线路径策略,使得所规划路径的方位和曲率均为连续函数,进而可应用于精确的路径跟踪等运动控制中。考虑到USV的机动性能限制,在FS过渡曲线设计中加入了最小回转半径约束。仿真结果表明,本文所提方法能够生成一条满足USV自身机动性能限制,且方位和曲率均为连续函数的可行光滑路径,从而能够使得USV实现真正意义上的完全自主航行。

螺旋蛇管换热设计

螺旋蛇管换热结构较易获得较大的换热面积,且结构简单,抗泄漏、抗腐蚀较好,传热效果较佳。本文介绍了螺旋蛇管换热设计中满足传热面积要求及保证蒸汽凝液排泄畅通的设计计算方法。

基于最优控制的高超螺旋俯冲轨迹设计

针对高超声速飞行器在俯冲阶段的突防与制导问题,提出了一种基于最优控制的螺旋俯冲轨迹设计方法。首先,根据二阶视线角加速度相对运动方程强耦合、非线性的特点,引入了反馈线性化技术,将非线性系统转化成了线性系统;其次,为了让飞行器实现对目标的期望角度打击,在状态方程中引入了终端落角约束项。然后,以零化视线角速率和使消耗能量最小为目标,采用最优控制得到了加速度形式的控制输入。接着,为了让飞行器在空间内进行螺旋机动,设计了螺旋加速度控制飞行器速度矢量可绕瞬时视线轴进行旋转;最后,考虑到机动与制导的冲突,设计了高度函数使得最优与螺旋两种信号进行匹配。仿真结果显示,在面对相同的防空威胁时,与基于比例螺旋的轨迹相比,本文设计的俯冲轨迹具有更好的突防效果。

螺旋避震弹簧模糊评价研究

采用模糊优化理论对螺旋避震弹簧进行了数学建模,建立了目标函数和约束条件,并给出了寻找最优设防水平的方法。

螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土轴压短柱试验研究

为了研究螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的受力性能,设计了20个试件进行轴压试验,包含12个螺旋箍筋PVC管联合约束短柱试件、7个单纯PVC管约束短柱试件和1个普通钢筋混凝土短柱对比试件。试验考虑了约束核心区面积比、螺旋箍筋直径和间距、纵向钢筋直径以及方形箍筋间距等变化参数。通过试验观察了试件的受力过程与形态,获取其轴向荷载-位移曲线、极限承载力、延性系数、耗能因子等数据,并分析了核心区面积比、螺旋箍筋直径及间距、纵向钢筋直径、方形箍筋间距等参数对试件轴压性能的影响规律。研究结果表明:单纯PVC管约束混凝土短柱及螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的破坏过程和形态与普通钢筋混凝土短柱相似。与普通钢筋混凝土短柱相比,单纯PVC管约束的混凝土短柱的极限承载力更低,但延性及耗能能力有所增加。对于螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱而言,加密螺旋箍筋间距可以显著提高其极限承载力,但会削弱试件的延性及耗能能力;增大螺旋箍筋直径,能够略微提高试件延性及耗能能力,对极限承载力影响不大;增大螺旋箍筋PVC管核心区面积比,可以增大试件的极限承载力,但会降低其延性及耗能能力;与普通钢筋混凝土相似,增大纵向钢筋直径或加密方形箍筋间距,均能提高试件的承载能力、延性及耗能能力。

水电站充水保压蜗壳结构研究和应用综述

结合我国水电站蜗壳结构的发展近况,介绍了近几年来保压蜗壳结构的工程应用和研究进展.指出了"带缝工作"时不完整约束对蜗壳结构的受力特性和传振机理带来较大影响,尤其是考虑非均匀、局部非张开的保压缝隙时,对钢衬和外围混凝土之间的振动传递影响显著.在此基础上归纳了保压蜗壳结构研究中存在的问题,最终提出未来保压蜗壳结构研究应强调"缝隙",视缝隙为"控制工具",以全新的视角看待不完整约束条件的作用,建立一套评价不完整约束蜗壳结构安全性和稳定性的分析方法体系.