水压人工肌肉驱动喷水矢量推进系统设计与试验

传统喷水矢量推进系统的驱动器存在密封困难、易腐蚀、使用寿命短、结构复杂等问题。为了解决这些问题,开发了水压人工肌肉驱动的喷水矢量推进系统。基于水压人工肌肉调节关节转角的驱动方式,对二自由度喷水矢量推进系统进行设计,并建立水压人工肌肉工作压力与喷嘴偏转角度的对应关系,先后进行了喷嘴矢量调节试验和水下自航试验。喷嘴矢量调节试验结果显示,当人工肌肉压差分别为0.310,0.614,0.898,1.158,1.386,1.584 MPa时,喷嘴实际偏转角度为13.56°,21.66°,33.24°,44.21°,52.80°,56.88°,试验结果与理论计算结果平均偏差为10.8%。水下自航试验表明,水压人工肌肉作为驱动器不仅能够满足喷嘴偏角矢量调节的要求,同时能够实现喷水矢量推进机器人的矢量运动,为研发能耗低、结构紧密的水下智能装备提供了新的思路。     

模块化双作用水压人工肌肉关节设计

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节。通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷。采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动。此外,进一步开展了双作用水压人工肌肉关节的模块化设计,为实现多关节串联扩展设置电、机械和水液压接口,设计传动丝的连接结构及空间布局,对紧凑化结构进行了强度分析。模块化双作用水压人工肌肉关节的设计能够为进一步研发多自由度水压人工肌肉机械臂奠定基础。     

一体化双作用水压人工肌肉直线执行器设计

单体水压人工肌肉仅能提供收缩作用。基于双作用液压缸的工作原理,设计了一体化双作用水压人工肌肉直线执行器。利用水压人工肌肉的力-位移特性,分析执行器运动行程与水压人工肌肉结构参数之间的关系,并确定执行器的相关参数。对导流件和动密封部件进行结构设计,使2个水压人工肌肉的工作压力独立控制。在此基础上,分析水压人工肌肉的工作条件对执行器运动的影响,并对导向元件和运动元件进行强度分析,为一体化双作用直线执行器样机研制奠定基础。     

选换挡机构综合性能试验系统开发与试验

为研究手动变速器选换挡机构综合性能,设计了一套选换挡机构性能试验系统。该试验系统采用选、换挡电机驱动选换挡机构实现其选挡和换挡的操作功能。依据试验系统的测控需求,设计了试验系统的测控系统软、硬件部分。最后以该试验系统为测试平台,对某款选换挡机构的选挡力-位移特性、换挡力-位移特性进行了性能试验。试验结果表明,该试验系统可以实时准确测量选挡力、选挡位移、换挡力、换挡位移等性能参数,为选换挡机构的研发提供了试验支撑。     

气动人工肌肉驱动灵巧手的设计与研究

针对气动人工肌肉推广应用的问题,提出了一种轻小型气动人工肌肉的制作方案,并对其不同压力下的力学性能进行了试验和测试。试验结果表明,该气动人工肌肉具有高收缩率和大输出力的特性。基于该气动人工肌肉的运动特性,设计了一款欠驱动的多自由度灵巧手,并进行了多项抓取实验,验证了其多种状况下的工作能力。基于气动人工肌肉的灵巧手具有适应性强和抓取力大的特点,对气动人工肌肉的应用和机器人末端执行器的开发具有参考价值。     

基于Mckibben气动人工肌肉预紧力的研究

气动人工肌肉是气动发展史上的一个新的里程碑,该文基于对Mckibben气动人工肌肉预紧力的研究,并将气动人工肌肉在恒压恒体积状态下视为"气弹簧",通过对气动人工肌肉在有无预紧力状态下的试验曲线进行对比、分析,得出了在预紧力状态下气动人工肌肉具有更大的输出力和更佳的动态特性,为进一步的研究提供了依据.     

水下大型接插件密封和分离力测试系统的开发

水下作业设备中常用接插件和水直接接触,所以要密切关注其密封、耐压和分离力等性能。该研究开发了一套水下大型接插件密封和分离力测试系统,该系统包括水压模拟装置、油水混合装置、加载测试系统和水压控制系统。在水压模拟装置中考虑到加载力的平衡和测试过程中油缸伸缩量对水压的影响,特别设计了补偿罩装置。水压控制系统的实现是通过油水混合装置来间接控制水压。通过对被试件在10 MPa 水压情况下分离力测试,所得数据验证了该水压模拟和测试方案的可行性。     

水下作业灵巧手水压驱动系统的设计与工程实现

鉴于水下作业灵巧手的特殊要求,匹配合适的驱动系统显得尤为重要.笔者详细阐述了水下作业灵巧手水压驱动设计,探讨了工程实现,在水下特定作业环境有着良好的应用前景;以此为基础,组建了水压伺服控制回路,构建了力控制系统.     

压电驱动水压换向阀中放大机构的设计

为解决传统电磁换向阀耗能高的缺点,采用压电陶瓷来驱动水压换向阀。在文中提出了压电驱动水压液压换向阀的结构形式,设计了所需大输出位移的柔性铰链结构,对本柔性铰链进行了理论的位移损失分析,最终对不同负载力下柔性铰链输出位移进行了仿真。分析与仿真表明:本柔性铰链放大机构在负载力70N时,输入端位移为0.05mm时,输出位移为0.346mm,此时放大倍数为6.92。     

基于气动肌肉的多自由度关节的实验研究

该文设计了一根气动人工肌肉驱动特性实验台的计算机辅助测试系统,通过此实验台得到气动人工肌肉的内部气压和其收缩量之间的变化关系.根据实验得到驱动特性,设计了基于气动人工肌肉的机械手关节和控制系统,并通过实验得到了气动人工肌肉的气压和机械手关节转动角度的曲线关系.     

大深度潜器冲吸复合清淤工具研制

坝面的裂纹、凹坑可能被大坝表面附着的泥沙覆盖,影响水下作业人员对大坝实际安全情况的判断。为大坝安全,水下检测时必须清除坝面泥沙,并保证坝面附近水域清澈。根据实际需求,设计出一种大深度潜器冲吸复合清淤工具,由水下电机、离心泵、射流泵、控制阀组、冲洗与抽吸复合喷头组成。对作业工具不同的工作模式进行了CFD模拟仿真,并开展了作业工具陆地环境的模拟试验。结果表明,所设计的装置可以有效实现不同工作模式的转换,已装备于我国首艘大坝检测载人潜水器。     

水下试验平台高精度定位系统研究

针对水下试验平台快速下潜及精确调平的需求,设计了一种具有粗调和微调工作模式的水下高精度液压位置伺服系统。分析了液压系统的基本组成及原理,建立了其位置控制模型。采用自适应反步控制设计方法克服了液压系统的参数不确定性和非线性。选用最低点不动的追逐式控制策略,避免了液压系统在平台下潜和调平过程中出现的超越负载工况。仿真和试验结果表明,所设计的控制器具有良好的鲁棒性,液压系统能够实现高精度位置伺服控制。     

基于AMESim的水下节能液压系统仿真分析

为满足水下恶劣工况,水下装备液压驱动以高可靠、控制性能优异的定量泵比例控制为主,但阀控液压系统能耗过大,使水下能量受限问题日益突出,制约了水下装备的发展。通过仿真开展了基于定量泵的水下节能液压系统研究。首先建立AMESim水下比例阀控及变频恒压泵控液压系统仿真模型,并设计了系统控制器;随后对液压系统能耗特性进行仿真分析。结果表明,泵控液压系统能耗比阀控液压系统低70%以上,且随着工作水深增加,节能效果增大。相对于目前水下阀控液压系统,变频恒压泵控系统在不增加系统复杂性同时节能效果明显,可有效降低系统能量消耗,提高水下装备的可靠性及稳定性。     

基于导纳控制算法的电液比例系统联合仿真研究

为了满足某液压机器人对于特殊工况下的混凝土振捣需求,设计了基于导纳算法的柔顺控制器.以电液比例阀控缸系统为研究对象,建立了系统的动态数学模型,并利用 MATLAB 、 AMESim 和 Simcenter３D 软件各自优势,搭建了一种多学科融合的机电液一体化联合仿真平台,对电液比例阀控缸系统进行了弹簧阻尼负载和刚性碰撞 ２ 种不同工况下的多算法联合对比仿真分析.结果表明,设计的导纳柔顺控制器使得电液比例系统具备了对环境刚度的快速响应能力,导纳算法可根据实际负载力对内环位置控制器的位移信号进行及时修正,有效避免剧烈的刚性碰撞,体现良好的柔顺性和鲁棒性.     

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。     

支架安装车保压夹具系统设计分析

针对核岛内支架安装车夹持支架焊接安装时易发生掉落的现象,设计一种能够适应不同支架截面尺寸且有效保持夹持力的保压夹具系统。通过分析夹具系统结构组成和工作过程,建立夹持系统键合图模型和动力学方程,基于AMESim仿真分析支架夹持过程中油缸泄漏工况下系统工作特性,并在样机上搭建试验平台进行测试。结果表明:由于负载敏感系统的压力流量自适应作用,变量泵输出流量稳定,活动夹勾转动平稳;夹具夹持支架焊接过程中,蓄能器能及时补充系统泄漏的油液,保持工件夹持力在安全值之上,且当油缸夹持压力低于安全值时,高压待命的变量泵可及时为蓄能器充液;所建动力学模型仿真结果与试验数据吻合较好,为进一步优化保压夹具系统提供参考。