基于微型电机的肠道机器人机构设计

设计了一种基于微型电机的肠道机器人机构.分析了机器人运动方式,并针对该运动方式对轴向伸缩与径向涨缩机构进行了设计与实现,最后通过实验测试了伸缩机构的运动有效性.实现的机构本体蜷缩时尺寸为Φ13mm×50mm,能够实现10mm的轴向步距与8mm的径向变形.     

一种混合输入并联拟人步态康复机器人的机构设计与分析

针对缺少适于在社区与家庭中使用的康复机器人的现状,研制了一种适于偏瘫患者在社区与家庭中进行不同步幅康复训练的新型机器人.通过探索正常步态及患者康复过程中步态运动的特点,结合社区与家庭的使用要求,基于并联机构设计了一种步幅可变的混合输入康复机器人.以身高185 cm成人的正常步态为设计依据对机器人训练机构进行了尺寸综合分析,并对其运动学、工作空间、控制规律进行了分析与仿真,在理论上证明了该设计方案的可行性.样机试验结果表明,该机器人可通过改变曲柄长度和调整杆角度使受试者实现肩、膝关节活动度分别为-14.8?~23.7?、1.8?~66.5?,步长68 cm以下的步态运动.     

基于PMAC的受控五杆机构控制系统研究

介绍受控五杆机构的机械系统结构组成,构思受控五杆机构控制系统的工作原理,设计出该系统的友好界面及其数据传输方式,基于PMAC运动控制器的特点,提出运用VC对受控五杆机构试验台上位机控制界面的编程思想和方法,利用PMAC运动控制器的相关技术,实现受控五杆机构控制系统的给定图形、机构设置、仿真校验、程序设定及轨迹校验五大模块及其相应程序.经过试验台的试验测试,获得了满意的控制效果,说明该方法可应用于受控五杆机构的控制系统中.     

可跳跃式两轮机器人的设计与动力学分析

为提高跳跃机器人运动的灵活性和实用性,通过将跳跃运动与轮式运动相结合,设计了一种新型的可跳跃式两轮机器人.跳跃运动由三杆弹簧跳跃机构实现,在大大减小机构尺寸的同时提高了能量利用率.详细介绍了机器人各机构的组成及工作原理,在此基础上,对机器人跳跃过程进行了动力学建模,分析了影响机器人跳跃能力的因素.为验证机械设计的有效性,利用ADAMS进行了机器人轮式移动与跳跃越障过程的仿真.搭建机器人控制系统并制作可跳跃式两轮机器人原理样机,最终跳跃实验结果证明了机器人设计的合理性以及理论分析的正确性.该跳跃机器人的能量利用效率接近70%,跳跃高度超过自身尺寸.     

基于Solid Edge平面四杆机构运动分析与仿真

文章介绍了在Solid Edge环境下,用Visual Basic作为开发工具,实现平面四杆机构运动分析与仿真软件的原理与方法.用二次开发方法建立了平面四杆机构的三维构件模型与装配模型,在运动分析的基础上,对其位移、速度、加速度以及给定点轨迹进行了研究,并给出了列表和线图形式的结果,利用Solid Edge的装配设计关系,实现了平面四杆机构的运动仿真.     

连杆虚拟样机运动仿真

运动仿真是极具挑战性的新兴技术之一,能够很好地提高设计与产品之间的交互性,缩短产品的生产周期,从而降低产品的设计成本.阐述了虚拟样机的建模过程,基于Visual Basic环境下,对四杆机构运动仿真进行具体运用,绘制输出运动的速度、加速度曲线.分析摇摆式传送机的机构运动特征,划分其功能,最终对其虚拟样机进行运动仿真,结合虚拟样机技术进行产品的仿真分析和参数优化,利用该方法提高了产品的设计质量,提高了效率.     

肢体协调运动康复机器人的机构设计与实验

针对临床上缺少一种肢体协调运动康复训练设备的现状,研制了一款适用于偏瘫患者个性化训练的上下肢协调运动康复机器人.首先,在探究正常步态上下肢协调运动规律的基础上,选择以肩、膝关节角度协调变化规律作为机器人的设计目标;然后,基于五杆变胞机构设计了康复训练机构及主/辅传动链,并对训练机构进行了运动学分析;最后,在样机上进行了实验,结果表明该机器人能够满足设计目标.     

连杆机构创新设计的建模与仿真

在对比机构运动学分析常用的方法后,以基于杆组的机构组建理论对连杆机构中Ⅰ级杆组、Ⅱ级杆组和III级杆组进行运动学数学模型的建模。在此基础上提出并实现了一种连杆机构虚拟创新设计系统,包括连杆机构运动方案创新设计、运动可行性判断、干涉检测分析、机构运动方案到三维实体运动仿真模型的自动映射、实时显示等功能。     

基于CPG的沙漠蜘蛛机器人多模式运动控制方法

模仿具有多种运动模式的沙漠蜘蛛,设计了本体为双层六杆5R闭链机构的仿蜘蛛机器人,其中16个主动关节由直流伺服电机控制．提出了基于Hopf振荡器的中枢模式发生器（CPG）运动控制模型,用于实现仿蜘蛛机器人的翻滚、爬行、侧滚等多种运动模式以及步态切换．利用Matlab和ADAMS对仿蜘蛛机器人的多模式运动进行动力学仿真,结果表明机器人可实现连续平稳的翻滚、爬行、侧滚运动,验证了CPG仿生控制方法应用于闭链机器人多模式运动的可行性．     

星面探测仿生间歇式跳跃机器人设计及实现

设计了一种面向行星表面探测的小型间歇式仿生跳跃机器人.利用机构学中变胞思想及齿轮-连杆闭链机构的力转换特性,提出了一种杆长可控的非对称齿轮-六杆仿袋鼠跳跃机构,对其间歇式跳跃过程进行了分析,并针对跳跃能力和起跳躯干姿态平稳性进行了机构构型与尺寸优化设计.基于优化设计结果,进行了跳跃机器人运动仿真分析和样机试验.结果表明,该仿生跳跃机器人具有非线性递增的弹跳动力、平稳的起跳姿态以及较高的能量利用效率,可通过太阳能供电、单一微小电机驱动实现间歇式跳跃运动.     

Kinematics of the trunk in sitting posture: An analysis based on the instantaneous axis of rotation

This paper presents a new approach for analysing trunk kinematics in sitting posture based on the characterisation of thorax and pelvis motion by means of ranges of motion and instantaneous axes of rotation (IAR). These variables are estimated from videophotogrammetric data. An experiment was carried out in order to analyse three motions associated with the flexion–extension movement: the absolute motions of the pelvis and thorax and the relative motion between the thorax and pelvis. The results obtained suggest a sequential activation of lumbar vertebrae in the flexion–extension motion. On the other hand, the location of the pelvis IAR shows that the movement of the pelvis on the seat is not just a rolling motion but a rolling with some level of sliding. Finally, the location of the IAR in the thorax-pelvis relative motion shows a mismatch between the trunk IAR and the backrest axis of rotation in several office chairs. The proposed technique provides a new approach for the kinematic analysis of sitting posture. The results can be applied to the improvement of biomechanical models of seated posture as well as to define some design criteria of work seats based on the fit between the trunk and backrest movements.     

一个高效可靠的三维AFT四面体网格生成算法

针对三维推进波前算法(AFT-Advancing Front Technique)存在的效率与收敛性问题,文中提出了一整套改进方案,给出了基于拓扑连接的网格数据结构和基于Hash表的网格元素的插入、查找、删除算法,提高了整个算法的效率.通过在网格生成过程中动态维护前沿的尺寸信息,提高四面体单元的整体质量.在内核回退求解时通过引入前沿优先因子,改变前沿推进的路径,大大增加了回退求解的成功概率;对于极少数不能回退求解的内核采用基于线性规划的插点方法加以解决,这样就基本保证了整个算法的收敛.在网格生成以后,通过删除不必要的内部节点、合并相关四面体单元以及对所有内部节点进行基于角度的优化,从而进一步有效提高了网格质量.数值算例表明,文中提出的改进算法具有接近线性的时间复杂度,生成网格质量好.该算法已经得到工程应用.     

SMA丝驱动的手指康复机器人设计及实验研究

为了研制一种轻便、可穿戴的仿生手指康复机器人,在分析手指肌肉骨骼生物参数及致动机理的基础上,设计了一种形状记忆合金丝(Shape Memory Alloy, SMA)驱动的软体柔性手指康复机器人,建立了其运动学和力学模型。以手套为结构设计的原型,通过控制SMA丝的收缩来模拟手指肌肉肌腱的收缩,从而实现辅助手指屈曲伸展运动的功能。试验研究了手指康复机器人的运动性能和抓握性能。试验结果表明,手指柔性康复机器人最大弯曲角度接近正常人手关节角度,最大指尖力可达18N,能完成日常所需的屈曲伸展以及抓握功能。     

A systematic knowledge-based method for design of transformable product

A transformable product can perform different functions or change functionality by changing its physical structure. It is formed by integration of different components whose states can be transformed each other. However, there is a lack of systematic methods to guide design of the transformable product. In order to improve the design efficiency of transformable products, a large number of products are studied in this research to build a case base of transformation parameters and transformation principles for the design knowledge. A systematic design process is proposed to apply the design knowledge. The transformation design problem is first mapped from the problem domain to the knowledge domain expressed by transformation parameters. A general solution is then obtained in the knowledge domain. A multi-classification support vector machine is used to train a model of the transformation recommendation based on transformation parameters. Finally, the general solution is mapped into the problem domain for the specific solution using the analogy design. The effectiveness of the method is verified in the design of a self-propelled boom sprayer.     

基于特征保持的三维模型四面体化及优化

三维模型四面体化是一种重要的有限元网格生成技术.介绍了一种特征保持的四面体网格生成及优化算法.首先使用三维模型主成分分析进行预处理,然后用体心立方构建初始四面体,接着通过拉普拉斯坐标改变模型边界切点的移动方式保持模型的局部特征,最后构造改进的密度能量误差函数优化四面体网格质量.实验结果表明,该方法可行、有效,且能很好地保持模型特征.     

Pneumatic-driven jumping robot with anthropomorphic muscular skeleton structure

Human muscular skeleton structure plays an important role for adaptive locomotion. Understanding of its mechanism is expected to be used for realizing adaptive locomotion of a humanoid robot as well. In this paper, a jumping robot driven by pneumatic artificial muscles is designed to duplicate human leg structure and function. It has three joints and nine muscles, three of them are biarticular muscles. For controlling such a redundant robot, we take biomechanical findings into account: biarticular muscles mainly contribute to joint coordination whereas monoarticular muscles contribute to provide power. Through experiments, we find (1) the biarticular muscles realize coordinated movement of joints when knee and/or hip is extended, (2) the extension of the ankle does not lead to coordinated movement, and (3) we can superpose extension of the knee with that of the hip without losing the joint coordination. The obtained knowledge can be used not only for robots, but may also contribute to understanding of adaptive human mechanism.     

Analysis of the constraint relation between ground and self-adaptive mobile mechanism of a transformable wheel-track robot

To maneuver in unstructured terrains where the ground might be soft, hard, flat or rough, a transformable wheel-track robot (NEZA-I) with a self-adaptive mobile mechanism is proposed and developed. The robot consists of a control system unit, two symmetric transformable wheel-track (TWT) units, and a rear-wheel unit. The TWT unit is the main mobile mechanism for the NEZA-I robot, with the rear-wheel unit acting as an assistant mechanism. Driven only by one servomotor, each TWT unit can efficiently select be...     

基于LMS Virtual.Lab的起落架动态性能仿真分析

针对飞机起落架设计和性能分析过程中,传统方法计算过程复杂、计算精度不高、研制周期长,且采用实验研究成本高、局限性大的问题,利用CATIA和LMS Virtual. Lab对某支柱式起落架进行收放运动学和动力学以及落震仿真分析.运用机构运动学正解方法进行主起落架收放运动学仿真分析;在运动学仿真模型中添加质量力、气动阻力、惯性力和摩擦力等参数进行动力学仿真;在不改变起落架机构原理的前提下简化主起落架结构并进行落震仿真分析.落震仿真结果与理论计算结果误差在5%以内,说明仿真结果与理论计算结果一致性较好.利用CATIA和LMS Virtual. Lab可以实现起落架设计与分析一体化,且实现过程简单、可视化强、准确度高.     

BP-LCD方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对局部特征尺度分解（Local Characteristic-scale Decomposition,LCD）方法中严重的端点效应,将BP神经网络应用到信号的延拓中,提出了一种提出基于BP神经网络延拓局部特征尺度分解（BP neural network endpoint extension Local Characteristic-scale Decomposition,BP-LCD）方法。该方法首先利用BP神经网络将待分解信号进行两端预测延拓,然后对延拓后的曲线进行LCD分解。通过仿真信号的分析,验证了该方法可以有效地抑制LCD方法中的端点效应;将该方法应用到实际滚动轴承的故障诊断中,结果表明了该方法的有效性。     

基于滚动策略的集装箱码头连续泊位与桥吊集成调度

针对连续泊位与桥吊集成调度大规模求解困难的问题,提出一种基于滚动策略的优化方法。首先,建立了最小化船舶偏离偏好泊位的成本以及延迟靠泊、延迟离港的惩罚成本的基本的多目标优化模型;然后,采用滚动调度方法根据动态抵泊的船舶抵达顺序将调度过程分成连续的调度窗口,并设计窗口的平移策略、当前窗口对下一窗口的参数更新方式;对每个窗口内船舶进行调度优化,根据每个窗口内的优化结果,更新下一个窗口中数学模型的输入参数;通过选取以船舶数量表示的滚动计划窗口和冻结船舶的数量,持续滚动获得每个窗口的最优解,叠加后获得对所有船舶的靠泊计划。通过算例分析表明,滚动调度能够解决较大规模的调度问题,其效率受滚动窗口大小、冻结船舶数量及滚动次数影响