基于弹簧的绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构设计与运动学建模

结合绳驱动和刚性并联机构二者的优点,采用过约束并联机构的构造方法,提出了一种2自由度绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构。该躯干关节机构可以使6足移动机器人灵活地实现行走、水中推进、攀爬以及滚动等多种运动模式。利用螺旋理论计算了绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构的自由度;结合封闭矢量方法和特征结构配置解耦法构建了该机构的运动学逆解模型,推导出该机构的速度和加速度模型,并通过雅克比矩阵分析了机构奇异性。通过理论数值方法计算出该躯干关节机构的位移、速度和加速度理论仿真数据,将理论仿真数据与Adams软件仿真数据进行对比,从而验证了理论模型的正确性。     

某种新型机载导弹发射架闭锁机构设计分析与研究

弹射装置及其挂钩的闭锁机构是机载导弹发射架的关键部件,其性能关系到导弹能否快速、准确并且安全地被弹射;在用弹簧蓄能弹射的基础上,提出了一种新型弹射装置闭锁机构及挂钩闭锁机构,设计同步解锁装置使两闭锁机构能够同时解锁,并对其各部分进行受力分析与计算,得到可以满足开锁闭锁条件的解锁力,结果表明：此设计可以合理应用于机载导弹弹射系统。     

超空泡水下航行器实验的计算机仿真

基于空泡截面扩张独立原理，对水下航行器实验进行计算机仿真,通过计算航行器模型在给定初始条件下所产生稳定空泡和不稳定空泡的一些特征参数，并对计算结果进行对比分析表明，本文所采取的方法可以为超空泡实验模型设计提供有价值的依据。     

仿生四足机器人结构设计与运动学分析

为满足四足步行机器人野外探索的任务需求,设计一种具有5个自由度的机械腿.应用模块化的设计理念将其拆分成基节模块、股节模块和胫节模块进行设计.通过机械腿正运动学分析,在Matlab仿真环境中计算出机械腿足端工作空间,并结合四足机器人的躯干结构,设计一种连续性的爬行步态,完成其足端轨迹规划,采用梯度投影法对这种冗余机械腿进行逆运动学求解,并在Adams中进行运动学仿真.仿真结果表明:五自由度冗余机械腿各关节能在尽量避免关节极限角的情况下实现连续爬行步态,且四足机器人的机体质心位移曲线在时间上连续光滑.     

慢旋再入体联锁滚转共振特征量的提取及检测

针对小型化慢旋再入飞行体在再入过程中有可能发生的联锁滚转共振现象，从六自由度弹道方程出发，建立了一种联锁滚转共振的搜索模型；对联锁滚转共振时的轨道参数进行了搜索计算，提取出易于检测和识别的特征参数；在此基础上提出了一种易于工程实现的联锁滚转共振特征参数的检测方法，并对联锁滚转共振特征参数检测装置进行了设计和仿真，最后给出了实验室半实物仿真的结果。     

基于肌电信号和极限学习机的下肢关节运动预测

为判断下肢障碍患者的运动意图,通过外骨骼进行康复训练,分析表面肌电信号与下肢关节运动的关系。 提取表面肌电信号的均方根(root mean square,RMS)、绝对值均值(mean absolute value,MAV)、波形长度(waveform length,WL)和方差(variance,VAR)作为特征输入信号,采用极限学习机(extreme learning machine,ELM)建立表面 肌电信号与下肢关节角度之间的映射关系;对输出结果进行优化滤波以降低模型的误差,实现对下肢膝关节角度连 续变化的预测。与传统的反向传播(back propagation,BP)神经网络、径向基神经网络预测结果进行对比,结果证明： 极限学习机在通过表面肌电信号预测下肢关节角度变化中有更高的精度。     

一种柔顺缓冲摇架及其导向刚度的计算方法

为了研究新型缓冲技术,提出一种新型的柔顺缓冲摇架及其导向刚度计算方法.以自动武器站缓冲系统的柔顺缓冲摇架为例,应用对称变换法将柔顺缓冲摇架简化为竖杆模型和U杆模型,根据各杆之间的串并联关系反求柔顺缓冲摇架的刚度,可以得到一种计算柔顺缓冲摇架导向刚度的理论方法;运用solidworks自带的simulation插件进行静力学仿真分析;并应用锤击法对柔顺缓冲摇架进行实验测试.对比3种方法所求得的柔顺缓冲摇架的刚度值,可证明柔顺缓冲摇架导向刚度的理论计算方法准确可行,对柔顺缓冲机构的设计具有一定的指导意义,并为柔顺缓冲机构在缓冲领域的应用奠定了一定的基础.     

某加注连接器位姿补偿机构设计及优化

针对自动对接和随动过程中连接器对接装置与箭体之间产生的位姿偏差问题,设计了一种连接器位姿补偿机构,并对机构的弹簧参数进行优化设计。验证了该机构满足对接要求的相关技术指标,在此基础上,建立需要优化的设计参数、优化所需目标函数;利用ADAMS/View软件提供的优化计算方法,分析了各设计参数对目标函数的影响,确定一组合理的弹簧设计参数。研究结果表明:该机构能很好地满足自动对接要求,实现对接装置与箭体之间的位姿补偿。     

固体随行装药内弹道模型及数值模拟

随行装药点火燃烧在整个火炮内弹道过程中具有独特性，有必要开展随行装药内弹道过程的理论研究，为工程应用提供理论指导。采用包容式固体随行装药方案，利用新研制的点火延迟机构，考虑了弹丸的变质量问题。在实验的基础上，建立了固体随行装药的内弹道零维模型，并与常规装药进行了对比，预测了弹后空间特征参数的变化规律。采用模型编写的计算软件计算结果与30mm弹道炮的实验结果进行比较可以看出，计算的P-t曲线与实测的P-t曲线具有较好的一致性。建立的数学物理模型的处理方法行之有效，可以用来指导随行装药的设计。     

纤维复合材料缠绕导向装置结构设计与受力分析

为满足复合材料纤维缠绕的要求,对纤维缠绕机的纤维导向装置进行结构设计及受力分析。通过对纵横 向运动机构、旋转装置机构和分线机构的设计,利用solidworks 进行3 维建模,将设计出的纤维导向装置各零件进 行装配,调节各零部件尺寸,实现缠绕功能,利用simulation 对装置中受力较大零件的3 维模型进行受力分析,并 通过缠绕设备进行气瓶缠绕验证。实验结果表明,各部件均能满足设备使用要求。     

军用车辆底部爆炸冲击下载员下肢保护装置设计与优化

针对车辆底部爆炸冲击下载员下肢因地板冲击发生严重损伤的问题,结合柔性地板结构和防雷脚垫结构,设计了车辆载员下肢保护装置。采用整车爆炸仿真对下肢保护装置防护性能进行分析,研究设计参数对防护性能的影响,确定较优的设计;对较优的下肢保护装置进行静刚度分析,确定其能够提供足够的日常支撑力。对下肢保护装置的设计进行多目标优化,获取该优化问题的一个最优设计方案;通过整车爆炸仿真和试验验证设计方案。结果表明,该方案能够有效降低载员下肢所受冲击,显著提高乘员下肢的防护能力。     

具有广义肩关节的上肢康复机器人优化设计

肩关节作为上肢运动的基础,肩关节康复训练范围的大小是决定上肢整体康复效果的重要因素。为帮助上肢残障患者进行康复训练,设计一种具有广义肩关节的康复机器人,该机器人的肩关节具有6个自由度,与人体生理结构上的肩胛带复合结构相协调。现有康复机械臂存在肩关节驱动数量多、工作空间小的问题,为此在给定工作空间条件下对机械臂肩关节转动轴线夹角进行了优化设计。利用指数积公式和Paden-Kahan子问题计算方法分别求解康复机器人盂肱关节的3个转动副运动学正反解,提出一种角度评价指标优化转动轴线夹角的方法。结合MATLAB软件分析机械臂盂肱关节与人体的干涉情况,给出机器人盂肱关节相对于人体的最优安装位姿。求解整个6自由度肩关节康复机器人的运动学正反解,通过实验验证了优化后的机器人盂肱关节结构比传统正交结构在相同安装空间下可达运动空间更大。结果表明,优化后的6自由度肩关节康复机器人,具有在较小安装空间内实现较大活动范围的特点。     

基于舒适性分析的舱室手操纵装置优化布局

依据中国成年男性的人体测量数据和Lagrange方程建立上肢操作的动力学模型。结合NASA人体力量模型和实际座舱布局规范，对乘员上肢的操作活动进行模拟仿真。当给定作业负荷水平后可通过逆向动力学分析来计算上肢各关节的实际受力情况，依据设定的舒适性准则即可求出上肢的三维舒适操作域；当指定操纵杆的安装位置后可通过计算不同作业负荷下的关节力矩是否达到极值来求解最大操作力，三维舒适操作域应满足乘员驾驶所需的极限操纵力。研究结果可用于舱室操纵装置布局的工效分析与优化设计。     

仿尺蠖机器人曲面爬行步态分析与中枢模式发生器规划

风电叶片爬壁机器人的曲面爬行步态是研究难点。为此建立了含3个T型和2个I型关节的5自由度仿尺蠖机器人机构模型;通过几何关系分析机构对球曲面的适应性,基于吸附稳定状态建立关节角度幅值与曲率半径之间的函数关系,采用余弦函数设计翻转步态轨迹;基于反馈学习方法、自适应频率Hopf振荡器和Kuramoto耦合,设计关节中枢模式发生器(CPG)单元及其网络;通过学习平面翻转步态得到CPG网络参数初值,再通过在线调节关节角度幅值规划球曲面翻转步态。通过Matlab和Adams联合仿真分析了CPG网络的稳定性;进行了实物样机测试,测试了在叶片曲面上的翻转步态。研究结果表明,利用吸附稳定所需角度幅值可将平面步态调节为曲面步态,CPG在线调节步态规划方法有效。     

重型越野车辆离合器自动操纵系统的设计

基于对重型越野车辆离合器工作特性及气助力液压操纵结构的分析,设计了一套离合器自动操纵系统。实现离合器的自动分离、接合和保持的功能需求。该系统同时保留离合器的手动应急操纵功能,从而保证重型越野车辆的战场生存能力。利用协同优化方法对该自动操纵机构的核心部件——操纵油缸进行设计。为获取所设计的自动离合器操纵系统的特性,设计台架试验,进行分离、接合、定点控制等试验。试验结果表明,该离合器自动操纵系统响应速度和控制精度均满足使用要求,为进行自动换挡系统中的离合器起步和换挡控制策略的研究奠定了良好的基础。     

爆炸载荷冲击下假人下肢的材料参数识别和修正方法

为提高假人在爆炸载荷冲击下的模拟精度,以高速垂向冲击下假人下肢材料本构参数校验寻优为目标,基于爆炸载荷冲击波作用于车身结构产生的结构响应特性,确定模拟爆炸载荷冲击台架的冲击速度。设置不同的冲击速度进行假人下肢冲击实验,获取下肢的冲击力-时间曲线。对下肢的重要材料参数进行实验设计并获取仿真下肢胫骨力峰值,以仿真数据与实验数据误差最小化为目标进行下肢材料参数寻优。通过台架实验与有限元数值仿真校验对材料参数进行优化,得到下肢各组件之间材料本构模型参数的最佳匹配。结果表明：假人下肢模型材料参数优化后的仿真结果与实验结果一致性较好,可为高速垂向冲击下假人下肢材料模型修正提供技术支持。     

考虑尺寸链约束的枪械典型机构动作可靠性优化

针对机构在运动情况下会出现运动功能失效的问题,提出一种以尺寸链为约束的机构动作可靠性优化方法。以某型号冲锋枪的发射机构为例,通过对机构动作的分析,建立动力学仿真的参数化模型,同时采用蒙特卡罗随机抽样法得到运动仿真样本值,在动力学仿真软件 ADAMS 中模拟仿真。根据模拟仿真试验,计算出正交试验表中每组参数所对应的动作可靠度,并通过对正交试验结果的优化,并综合考虑尺寸链约束的要求,优化设计出更加有效的参数。仿真结果表明：优化后的动作可靠度为0.998,该方法既满足动作可靠性要求,又满足尺寸链要求的参数值,使机构动作可靠度得到了提高。     

颗粒增强粘接接头的工艺参数优化及失效分析

基于正交试验法,开展氧化铝颗粒增强粘接研究,分析胶层厚度、颗粒粒径和颗粒质量分数对接头质量的影响规律,得出接头最优工艺参数。通过观察粘接层断口形貌和建立单颗粒增强粘接层的有限元模型分析粘接层断裂失效过程。结果表明:3因素中对接头力学性能影响最显著的是胶层厚度,接头最优参数是胶层厚度为0.5 mm、颗粒粒径为0.1mm、颗粒质量分数为10%;氧化铝颗粒使颗粒周边先出现裂纹,并在颗粒间延伸,提高粘接层的失效断裂能,可增强接头力学性能。