两轴径向独立轮副轨道车辆动力学性能

针对独立车轮导向问题提出后倾角导向方法,使独立轮副轨道车辆获得自导向能力。阐述车辆的自导向原理,利用横向轮轨力和后倾角力臂形成摇头力矩,使独立车轮自动转向。关于中心对称的前后独立轮副分别向相反方向转向,使独立车轮处于径向位置。采用多体动力学方法分析独立轮副轨道车辆的自导向性能。结果表明:在直线轨道上,后倾角对车辆横向位移和摇头角的影响明显。带后倾角车辆出现类蛇行运动现象。具有后倾角的车辆在直线轨道上能够自动复位。在曲线轨道上,左前导向轮具有较大的冲角。后倾角能够使车辆动态对中,最终回到轨道中心线位置。带后倾角的独立轮副轨道车辆在曲线轨道上具有有限的导向能力。

基于Simulink空载高速转向工况车身运动特性分析

针对某矿用汽车悬挂进行分析,获取转向时的侧倾运动中心;对空载高速转向时,车身运动的关键特征参数进行分析,获取特征参数数学模型;采用Simulink搭建空载高速转向时的车身运动控制模型,并与车辆多体动力学模型联合开展运动特性分析;选取稳态回转工况,对转向特性进行分析,获取侧倾角、侧倾位移等参数的变化规律;将转向角与理论分析结果进行对比,并对比转向角偏差,以验证模型的准确性。结果可知:车身在高速工况转向,由于侧倾效应,外侧悬挂出现跳动,叠加了侧倾转角;侧倾运动对转角特性影响较大,分析模型与理论值基本一致,误差值小于5%;对转角偏差影响也较大,不考虑此部分的影响时,偏差增加了近20%。在精细化设计分析时,需要考虑此部分因素的影响。

PAC与PAC Motion在高速列车座椅自动转向中的应用

为解决"当前动车到站时需要乘务员人工手动调整座椅的朝向"这一问题,提出了利用可编程自动化控制器(PAC)结合运动控制器(PAC Motion)的技术实现座椅自动转向控制。并针对此问题搭建了实验模型,对该方法进行了实验验证。实验结果表明该方法可行,转向控制效果良好,为进一步的工程实际应用奠定了基础,且具有一定的实践指导意义。

摆臂式全向移动机器人双模式轨迹跟踪研究

为了提升室外轮式移动机器人全向机动能力,文中提出一种通过普通轮作为驱动的移动机器人,根据不同动力分配及摆腿转角实现四轮转向(4WS)、斜行和原地转向模式。基于斜行及4WS模式设计了双模式混合控制器,其中,斜行模式采用多点预瞄模糊补偿轨迹跟踪控制,4WS模式采用增量线性时变模型预测控制(ILTV-MPC)。通过试验样机的横、纵向跟踪性能试验得到双模式混合控制器所需的约束条件。采用Simulink∕CarSim联合仿真平台对控制器的有效性进行验证。采用混合控制器的移动机器人底盘在低曲率跟踪时较4WS模式均方根误差相差0.18%,且横摆角与横摆角速度维持不变。结果表明:混合控制器保证全轮转向机器人低曲率跟踪精度的同时提升了其横摆稳定性。

一种多用途仿生六足机器人的设计与实现

由于技术难度大、硬件成本高以及控制算法复杂等因素,六足机器人在小型服务机器人领域的应用受到限制。针对这一问题,采用平行多层结构设计、高扭矩舵机驱动和模块化硬件设计等方法,给出一种紧凑、易扩展和低成本的仿生六足机器人实例,满足巡检、公众服务和实验教具等多用途需求。机械系统采用单足串联3自由度结构,椭圆布置的机体结构以及稳定的三角步态。通过单足简化模型,进行足端点受力分析,计算出需要的关节驱动扭矩,确定舵机选型。利用D-H参数法建立单足的运动学方程,计算出足端点坐标变换与关节转角的对应式。控制系统硬件单元采用7大模块,给出硬件的选型和电路设计。控制系统软件单元包括上位机和下位机程序,通过微控制器程序流程图详细阐述了六足机器人运动解算过程的实现。最后,根据软、硬件调试完成舵机补偿与功能测试,完成多用途仿生六足机器人的运动优化与开发。

基于TruckSim矿用汽车转向工况侧倾运动特性分析

车辆发生转向时,由于离心力的作用而产生侧倾运动,空载高速转向时该部分作用将更为明显,进而影响车辆平稳运输。根据悬挂系统的特性差异,对所研究矿用汽车前后悬挂的侧倾中心和侧倾轴进行分析;基于以上分析,对转向时的侧倾运动进行分析,获取关键参数的变化模型;根据理论分析结果,基于Matlab/Simulink建立车辆转向工况表征侧倾运动的分析模型;根据悬挂特性和转向特性,分别建立分析模型,与车辆多体动力学模型联合,基于TruckSim建立整车转向特征分析模型;分析在固定转向盘稳态回转试验时,车辆的行驶轨迹;对空载高速转向工况下,车辆内外轮转角特征曲线,悬挂刚度、位移、侧倾刚度等参数变化进行分析;对比分析考虑转向侧倾与否的转角特征及偏差与理论分析之间的差异,以验证分析的可靠性。结果可知:车辆内外侧悬挂缸出现伸缩跳动,此时出现了附加转向效应叠加在车轮上;车轮需要较大的侧偏角,满足侧向力的需要;此时,整车的转向角关系不单单满足Ackerman定理,还增加了轮胎的侧偏角;未考虑转向侧倾时,转角偏差值随着转角的增加而不断增大,最大偏差达到了0.4223°,而考虑时,转角偏差的目标值为0.3618°。因此表明,所建立的分析模型具有较好的分析结果,能够更精确的反应车辆转向过程中,侧倾运动各部分参数的变化,为此类研究提供参考。

高海况下无人艇回收过程动态特性仿真

无人艇在回收过程中会受到复杂海况及母船尾流的综合影响。因此,开展不同环境条件下无人艇回收过程动态响应特性及变化规律研究,对实现无人艇安全平稳回收具有重要意义。以某型无人艇为研究对象,建立无人艇回收动态仿真数值模型,并通过加载4级海况不规则波,研究无人艇回收过程动态特性。在此基础上,对比分析不同的相对航速、偏移距离对无人艇回收过程动态特性的影响规律。研究结果表明,标准工况下无人艇的回收满足航行稳定性、回收时的快速性和安全性要求。同时,在4级海况及尾流综合作用下,增加无人艇回收航速或增大无人艇与母船中心线偏移量时,无人艇的运动将出现较大波动,稳定性下降。在实际回收过程中无人艇的回收航速不能过高,与母船中心线之间的偏移距离应保持在一定范围内,确保无人艇运动幅值不超过安全极限,避免倾覆现象的发生。

替代农药无人喷雾车的喷筒运动仿真及分析

针对田垄作物及藤架作物的结构特征和生长情况,以及传统喷雾方式易造成药液喷洒浪费、碾压作物枝叶、作业面单一等问题,采用二自由度喷筒装置的替代农药无人喷雾车进行喷施,以满足高工效下的替代药液喷洒均匀。通过确定喷施对象,设计喷雾系统中喷筒转向机构,采用D-H法建立各连杆的坐标系,并对其进行正运动学分析;最后,运用Inventor和MATLAB对喷筒转向机构中各关节和喷嘴的运动轨迹进行仿真分析。结果表明:在轨迹合成过程中,喷嘴的运动轨迹最大工作位移为643.614mm,最小工作位移为456.756mm,高度差为186.858mm;喷嘴的运动轨迹最大工作速度为1.134m/s,能够与小车的前进速度1.2m/s相吻合;周向运动过程中,喷嘴处的位移偏差量为101.68636mm,俯仰运动过程中喷嘴处的位移偏差量为295.842mm;喷筒转向机构在空间工作过程中,高度范围约124mm,喷施的位移量均满足作物的喷施要求,表明推导的运动学方程正确。

可切换检查坑的地铁车辆车底检测机器人底盘设计(下)

为了满足地铁车辆段在多检查坑检测车辆车底的需求,设计可切换检查坑的地铁车辆车底检测机器人底盘。针对地铁车辆车底检测机器人使用工况,设计四舵轮结构底盘。介绍底盘总体结构、外形尺寸,以及四舵轮驱动单元组成。依据底盘车轮转向阻力矩、驱动阻力矩,确定转向伺服电机和驱动伺服电机功率。阐述巡检、切换检查坑、对接充电桩3种运动控制方式,以及转向角度分配算法。实际运用表明,装用该底盘的机器人在切换检查坑过程中,可实现爬坡、过坑、原地转向等功能,定位准确度高,运行稳定可靠。

基于UG的双足步行机器人运动步态仿真分析

为探究不同步态对双足步行机器人运动的影响,首先对双足步行机器人进行总体结构设计。该机器人整体由12个关节舵机驱动,关节带动其连杆执行相应的运动步态。然后利用UG软件对双足步行机器人进行三维建模及虚拟装配。最后通过设置运动驱动进行运动步态仿真,以检验设计方案的合理性。结果表明:不同的转动间隔和转动角度会对机器人运动过程中是否出现左右脚干涉现象产生影响,并通过调试得出最佳的转动间隔和转动角度,为今后的双足步行机器人动力学分析及实体模型的研制提供理论基础。

可切换检查坑的地铁车辆车底检测机器人底盘设计(上)

为了满足地铁车辆段在多检查坑检测车辆车底的需求,设计可切换检查坑的地铁车辆车底检测机器人底盘。针对地铁车辆车底检测机器人使用工况,设计四舵轮结构底盘。介绍底盘总体结构、外形尺寸,以及四舵轮驱动单元组成。依据底盘车轮转向阻力矩、驱动阻力矩,确定转向伺服电机和驱动伺服电机功率。阐述巡检、切换检查坑、对接充电桩3种运动控制方式,以及转向角度分配算法。实际运用表明,装用该底盘的机器人在切换检查坑过程中,可实现爬坡、过坑、原地转向等功能,定位准确度高,运行稳定可靠。

一种水下探测机器海豚设计

本文以自然界海豚为原型,通过仿生设计一款机器海豚,设计的海豚可以在复杂危险的环境中巡航,依靠自身携带的摄像头和各种传感器对周围环境进行实时监测,应用于探索、调研以及保护鱼群等诸多领域.通过以模块化设计的思想将机器海豚分为五部分:头部机构、尾部正弦推进机构、重心调节机构、胸鳍机构以及尾部辅助机构,并通过对转向机构以及重心调节机构的设计,实现机器海豚的转向运动和仰俯运动,以适应机器海豚在未知的海洋领域进行探索任务.

履带车辆转向分析

分析了履带接地段滑动时履带车辆的转向规律。推导了履带接地压力为均匀分布与集中载荷2种典型条件下转向所需牵引力、制动力、转向阻力矩、转向半径及转向角速度的表达式。采用迭代法求解转向平面运动方程,并与实车试验作了比较。试验结果表明:建立的考虑履带接地段滑动时的转向模型是合理的;接地压力均匀分布条件下考虑履带接地段滑动时,转向半径较传统转向理论计算值增大,转向角速度低于传统转向理论计算值;集中载荷条件下车辆转向更为困难。

轮-履式移动机器人履带转向运动

针对室内外不同工作环境对移动机器人的结构有不同的要求,本文设计了一种的模块化的轮-履式移动机器人,描述了该轮-履式移动机器人纯轮式、纯履带式及轮履混合式等不同的运动模式;基于该机器人模块化的履带式结构特性,依据刚体平面运动理论,分析了该机器人的转向运动条件;基于转向阻力矩模型,建立了该轮-履式移动机器人完成履带式转向运动的约束方程。仿真和实验证明,此种轮-履式移动机器人地形适应能力强,在履带运动模式下,采取大的转向半径及小的转向比可有效减少机器人的转向阻力矩,能很好地完成转弯运动。

前置组合式转向梯形机构的运动模型及优化设计

前置组合转向梯形机构具有布置灵活、传动可靠等优点,但机构复杂,设计困难。本文从分析运动入手,建立了优化数学模型及算法,开发了优化设计软件系统,并给出了设计分析实例。

驾驶员脑电特征与手臂操纵驾驶行为研究

为了进一步研究脑电信号与驾驶行为的关系,通过脑电采集设备与惯性运动捕捉系统同时捕捉驾驶员脑电信号数据与操作手臂运动参数。分析驾驶员手臂驾驶方向盘的过程中,脑电信号的变化与操作手臂运动方向之间的关系。利用共同空间模式(CSP)与小波包分解(WPD)的方式,提取左右运动相关的C3和C4导联特征,结合手臂运动关节的加速度进行相关性分析。实验结果表明:在实际的驾驶行为中,左右转向过程,C3、C4导联出现持续的ERD/ERS现象,为脑机接口控制量化标准提供基础。

汽车转向器齿轮齿条的建模与仿真研究

针对汽车转向器齿轮齿条的失效问题,建立了基于UG-ADAMS软件的齿轮齿条式转向器的虚拟样机模型,并进行干涉检测、运动学和动力学仿真。根据仿真结果中齿轮齿条所受的最大载荷,通过ANSYS软件分析齿轮齿条的齿根弯曲应力、齿面接触应力及疲劳寿命。仿真结果表明:基于CAD/CAE软件的分析与传统公式计算结果吻合,证实了建立的齿轮齿条式转向器虚拟样机的正确性,为汽车转向器的动态设计、优化设计和可靠性设计提供了参考,能有效提高产品设计效率。

高精度动载体激光发射系统光束控制反射镜

设计了一种适于车载等运动环境下的快速控制反射镜,用于在具有振动和冲击的工作环境下控制激光发射系统的激光光束稳定及其精确校准。根据某光学系统的性能指标要求,阐述了用于高能激光的平面反射镜的物理性能以及控制反射镜负载应有的机械特性。采用大行程的音圈电机作为控制反射镜的驱动器,并设计了精度高、抗干扰能力强的角位移测量装置作为控制反射镜的位置传感器。对所采用的4个音圈电机和4个角位移测量装置进行了合理布局,既降低了系统的转动惯量又提高了系统的可靠性和环境适应性。实验结果表明:该快速控制反射镜的定位精度优于1.4″,满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求。

基于汽车操纵信号的驾驶员疲劳状态检测

将驾驶方向盘运动信息及道路偏移值作为驾驶员疲劳表征信息,通过模拟器的模拟驾驶实验,采集10名驾驶员疲劳表征数据,建立神经网络模型对驾驶员疲劳状态进行检测.基于PVT(Psychomotor Vigilance Task)测试结果及驾驶录像,采集清醒状态与疲劳状态的实验数据,并进行分析;然后对数据进行离散化和归一化,作为神经网络模型的输入.采用BP算法对神经网络模型进行训练,直至满足误差要求.实验结果表明,该方法检测驾驶员疲劳状态的准确率较高,实用性较强.

星载红外探测器快速反射镜控制系统设计

像移补偿是保证星载红外探测器成像质量的关键技术之一,针对某星载红外探测器光学系统的设计特点和成像工作模式,为补偿红外探测器在轨运行方向产生的像移和摆扫方向产生的像移,提出分别对俯仰方向快速反射镜和方位方向快速反射镜实施控制的方案。首先介绍红外遥感原理及像移现象;其次详细分析红外探测器光学系统的设计特点和光学系统组成;然后重点分析了红外探测器在轨工作中的像移产生的原因,并计算出在轨运行方向产生的像移量和摆扫方向产生的像移量;最后提出像移补偿方案,阐明其工作原理,并对像移控制系统硬件设计进行了详细分析。计算结果表明所设计的像移补偿系统的运动范围和运动加速度满足红外探测器技术指标的要求。