自重构机器人锁紧机构设计及自主对接研究

自主对接是实现机器人自重构的关键技术。基于新型自重构模块化机器人M2SBot的结构,设计了独特的正弦加速度槽凸轮式对接锁紧机构,可实现可靠连接。同时提出一种新的三维空间对接算法,将基于罗德里格矩阵的公共点法与爬山搜索算法相结合,扩大了两个待接面间空间偏移角的搜索范围。该算法利用红外线传感器计算两模块间的相对位姿偏差,通过逐步调整各个偏移量实现对接。最后分析了整个过程的对接策略。仿真结果表明,该锁紧机构和对接算法可以有效地实现模块间的对接。     

被动自锁轴承的结构改进

被动自锁轴承是一种具有锁紧功能的轴承,主动端可输入扭矩,带动被动端旋转,而被动端在载荷作用下可产生自锁,可用于与滚珠丝杠配套代替T形螺纹传递。由于原被动自锁轴承内外圈双沟道的加工和测量比较烦琐,本文提出了被动自锁轴承结构改进的设计方案,现介绍如下。1原结构被动自锁轴承的原结构如图1所示,由左右两组完全相同的组件和中间一组元件3部分组成。轴承左端(或右端)的一组元件实际上是内圈开有标准键槽的双列向心球轴承,且内圈以半月块形式伸出,用以推动锁键使轴承转动或锁紧。中间一组元件为锁紧元件,由锁键、弹簧、锁紧圈及止动销…     

潜水泵试验台管路对接锁紧装置的设计与分析

针对潜水泵试验台人工操作潜水泵与试验管路对接过程中存在的对接或分开劳动强度大、效率低下和不安全等问题,通过对对接锁紧过程的研究和分析,确定管路实现自动对接的功能,开发了一种基于对称偏置摇杆滑块机构的自动对接锁紧装置,并利用Mathematica软件对这种机构的运动规律进行了分析和计算,为机构设计所需的工作参数和结构设计参数提供理论依据。同时实际应用结果表明,该对接锁紧装置能够保证准确对接、紧固密封、安全可靠,实现快速高效的管路对接,达到了研究和设计的目的。     

航天器三指式对接机构运动学分析及尺寸优化

航天器对接机构是完成空间在轨对接任务的核心机构。为避免在对接过程中发生对接任务失败或对接机构与航天器外部结构发生干涉碰撞等问题,在设计过程中需对对接机构的结构尺寸进行设计优化。文中针对对接任务的初始位置偏差的容差性能提炼了机构尺寸优化的约束条件,根据约束条件确定了优化变量,依据结构紧凑性要求建立了优化目标函数,得到了对接机构尺寸优化数学模型,求得对接机构最优尺寸,可为三指式对接机构的设计和对接初始条件的确定提供参考。     

硬式空中加油系统对接机构设计及其动力学特征

针对硬式空中加油系统的对接问题,设计锁紧结构和回中结构,用于提高空中加油的可靠性。基于拉格朗日方程,推导机构的动力学方程。利用加油过程的技术要求,推算对接机构的结构参数,构建数字化模型,探究结构设计的合理性。结果表明本设计使输油机、伸缩管和受油机在对接过程中能顺利完成回中和锁紧,保证加油的顺利进行;在加油完成之后,输油机和受油机相应的部分能够实现油路自封,为后续飞行提供了可靠保障。     

面向空间软捕获的双模传动关节设计与仿真

星载抓捕机构在空间目标捕获任务中发挥着重要作用，然而空间捕获时的对接碰撞很容易导致抓捕机构失稳。针对空间捕获软对接问题，设计了一种双模传动软接触关节，既能实现双自由度刚性传动，同时可通过阻尼吸振实现空间六维碰撞的缓冲和卸载。在ADAMS仿真软件中建立单关节星载抓捕机构模型，通过空间单维和六维碰撞下的仿真研究，验证了软接触关节缓冲和卸载空间六维碰撞的原理及其对基座与关节稳定的有效性。进一步建立三关节星载抓捕机构模型，通过空间六维碰撞下的仿真试验，说明了双模传动软接触关节在多关节抓捕机构中应用的有效性。     

液控智能完井井下湿式对接工具的设计研究

智能完井系统发生井下设备故障时,为实现无需将井下设备全部提出即可检修等目的,设计一种液控智能完井井下湿式对接工具。该工具可在油井内将地面液控管线与井下液控管线实现对接和分离,且在对接时能够保证地面和井下液控管线稳定导通,在分离时可实现分离的两部分液控管线各自密封。工具采用卡爪结构提供对接锁紧力,并对卡爪的锁紧力进行推导计算,得到结构不同设计参数下的锁紧力。最后通过有限元仿真对卡爪进行强度校核,并根据结果确定卡爪的设计参数。经过设计分析,该工具满足井下使用要求,为智能完井系统检修提供新的解决方案。     

一种卫星对接环锁紧与释放装置设计与分析

针对以往卫星锁紧与释放装置不具有通用性、结构单一等缺点,设计了一种非合作目标卫星对接环锁紧与释放装置,其结构简单、锁紧力大,能够快速实现对卫星的锁紧与释放,同时减小两卫星接触时的刚性撞击,起到缓冲的作用。介绍了锁紧与释放装置的结构组成及其工作原理,并建立了锁紧与释放装置的三维模型,而后利用ADAMS对其进行了动力学分析,分析结果表明:该对接环锁紧与释放装置能够顺利实现对目标卫星对接环的锁紧与释放,为以后的工程化设计奠定了理论基础。     

高频响空间直线驱动机构方案设计与研究

弱撞击式对接机构作为控制式对接机构,兼具对接、停靠等多种功能,其特点是采用碰撞力主动柔顺控制技术实现飞行器在轨对接,在降低传统对接机构复杂度的同时,可显著提高对接机构灵活性,适应后续载人登月和深空探测发展的需要。目前国内对于弱撞击对接机构的直线驱动机构研究还处于起步阶段,前期研制样机频响太低、无法满足使用需求,需要对其进行全面系统的研究。以弱撞击对接机构中的高频响直线驱动机构为对象,对其性能影响因素分析、方案比对、设计验证等方面进行研究,取得了良好的效果,为弱撞击对接机构原理样机研制奠定基础。     

一种液压缸的锁紧方法分析及结构设计

液压缸是液压驱动系统的执行装置,它通过和各种机械结构相连接,从而实现多种机械机构的直线运动、摆动和旋转运动的驱动;通常进行机械结构的锁紧装置设计时需要考虑到自锁角的大小,如果设计的自锁角不合适,就不能实现机构的锁紧.通过设计一种新型液压缸结构,该液压缸结构不需要与复杂的机械结构相连接,就可以实现机械装置的夹紧与稳定锁紧,其锁紧方法可靠.该液压缸即可以用于小行程直线运动驱动的场合,又可以用于需要锁紧且空间较小的装置.     

基于ADAMS的锁紧臂机构的动力学仿真及参数化分析

在一自动对接机构设计中,为了获得符合应用要求的锁紧臂机构参数,采用系统动力学仿真软件ADAMS建立了锁紧臂机构的动力学仿真模型,利用ADAMS软件的分析工具对参数化锁紧臂机构模型进行分析研究,获得了符合应用要求的参数值,从而实现了锁紧臂机构的优化设计.     

快速锁紧机构在地面雷达上的典型应用

随着阵面结构技术的快速发展,天线阵面逐渐向大口径、轻薄化和高精度方向发展。这类天线阵面为满足高机动运输需求,设计中多通过分块设计和现场拼装的方式实现阵面快速重构。为保证阵面拼装后相互间具有良好的电连续及单元位置精度,设计中多通过在分块阵面间布置快速锁紧机构实现阵面的快速精确锁紧。文中从锁紧机构的结构形式、工作方式、适用阵面等多个方面详细介绍了地面雷达中常见的几种快速锁紧机构及其改进形式。对这些锁紧机构进行深入研究可为快速锁紧机构的优化设计及其在其他领域的推广应用提供基础。     

基于ADAMS的一种新型锁紧机构的优化设计

为自动化生产线设计一套新型锁紧机构,其具有结构简单、锁紧效率高和碰撞力小等优点。介绍了锁紧的工作原理,通过利用UG建立三维模型并运用机械动力学ADAMS仿真软件对其进行优化设计分析,得到相应的动力学曲线和最佳的参数组合。优化结果表明,锁紧机构可以顺利实现对目标体的锁紧,同时也验证了ADAMS软件可以对复杂多体机构的运动规律和动力学曲线提供精确的预测,对工程设计可以提供参考。     

一种新型卫星对接环的对接装置设计与分析

针对某种特殊结构的卫星的在轨服务任务下提出的技术要求,介绍了一种基于凸轮曲线机构及连杆机构的对接装置,可以实现对目标星对接环的特殊对接技术要求,且装置结构成熟、锁紧力大、运动平稳。以对接装置的凸轮曲线从动件的数学模型和三维实体模型为基础,通过Matlab和ADAMS软件分别进行运动规律的求解和仿真,将得到的对接装置的理论及仿真运动数据进行对比,验证了该对接装置能完成既定的设计目标。     

新型塑料颗粒3D打印机技术方案的研究

针对如何使用工程塑料颗粒(PLA等)来完成熔融快速成型进行了研究,设计了一套小型螺杆挤出机构,与Delta并联结构的FDM打印机结合,实现快速成型的目的;应用STAR-CCM+软件进行仿真研究,数值分析主要集中在进料端塑料颗粒的DEM(离散元模型)仿真,和出料端的CFD(计算流体动力学)分析;进料端的研究目的是解决颗粒进料顺畅度问题,分析不同漏斗对进料效率影响,以确保设计合理的进料漏斗;考虑螺杆挤出的压力波动因素,及加热温度对融料的流动影响因素,出料端的温度控制影响到打印效果。通过对挤出机构关键参数的设计,结合验证机的实验;给出新型塑料颗粒3D打印机的初步方案。     

空间伸展臂的根部锁紧机构研究

根据空间伸展臂的结构和功能,提出了一种双滑块伸缩连杆形式的锁紧结构,在伸展臂完全展开后实现对其根部的锁紧和定位,并结合伸展臂的结构和工作原理,对锁紧机构进行了设计。通过相关的的受力分析,确定了轴向增力结构的尺寸关系和锁紧滑块的锥角和导向长度。锁紧机构能够简单有效地完成空间伸展臂的锁紧和定位功能,相应的结构尺寸也为其功能的实现提供了进一步的保障。     

空间机器人在轨双臂辅助航天器对接力/位置嵌套双层滑模阻抗控制

为了实现空间机器人捕获航天器及辅助对接操作的柔顺化，对航天器对接装置的输出力与位姿的精确控制进行了研究，且在关节电机与机械臂之间添加了弹簧阻尼缓冲装置，以防止接触、碰撞时产生的巨大冲击力造成关节破坏。首先，结合Newton第三定律、捕获点的速度约束及闭链系统的几何约束，获得了捕获航天器后的混合体系统动力学方程，通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力。接着，通过航天器对接装置相对载体坐标系的运动学关系，建立了对接操作过程中的阻抗模型。然后，设计了一种鲁棒自适应双层滑模控制策略，其与阻抗控制相结合，采用力加载随动控制系统实现对接装置的位姿与输出力的精确控制，以降低接触、碰撞时的冲击力。该控制策略具有双层滑模结构，其第一层保证混合体系统在有限时间内收敛，第二层用于解决控制的高增益问题。最后，通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性；利用数值仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明，在给定的速度下缓冲装置最大可将碰撞冲击力矩降低46.78%，输出力的控制精度优于0.5 N，位置、姿态的控制精度优于10-3 m,0.5°。     

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。     

一种基于接触力分析进行对接的控制策略

为实现空间机械臂在舱体表面爬行过程中机械臂末端与指定对接口的对接任务,设计了一种针对整体对接过程的控制策略。首先根据接触点的个数对可能出现的接触情况进行分类,然后根据六维力传感器传递的实时接触力数据进行接触力分析,确定不同接触力数据对应的不同对接情况,并针对不同类型的对接情况设计对应的对接控制策略。该整体控制策略简单明了,易于工程实现。     

基于ADAMS的含间隙柔性酒瓶装箱机构的优化设计与动力学仿真

基于ADAMS仿真软件平台,对酒瓶装箱机构进行了建模仿真,并以抓头加速度最小为目标函数对机构进行了结构优化。基于间隙矢量模型,考虑运动副间隙和杆件柔性的影响对酒瓶装箱机构重建模型,并基于非线性碰撞接触力模型建立了构件接触处的碰撞接触力与位移关系,得到了运动副间隙和杆件柔性对机构运动特性及动力学特性的影响规律。结果表明:当同时考虑运动副间隙和连杆柔性时,柔性杆对轴销和轴套的碰撞有一定的缓冲作用,从一定程度上消减了运动副间隙对目标点运动特性的不利影响。