编织型气动肌肉动力学建模仿真与性能测试

使用具有被动柔顺性的驱动器,可以提高工作效率,降低在工业操作中因碰撞而产生对人的危害程度。气动肌肉作为一种气压型驱动器,具有功率质量比高和被动柔顺性等优点。文中为了研究气动肌肉的动态模型,设计了一款编织型气动肌肉,并对其动态特性进行分析与验证。根据成熟的气缸理论,将气动肌肉视为变截面汽缸,建立编织型气动肌肉的动态模型。再通过对动态模型的仿真与分析,搭建气动肌肉实物,验证动态模型正确性。对自制编织型气动肌肉的刚度和功率质量比进行分析,试验表明了与Festo同类产品(DMSP/MAS-10)相比,自制的编织型气动肌肉功率质量比更高,动力性能更好。     

一种新型气动肌肉执行器的结构设计与控制研究

传统的气动肌肉执行器存在结构单一、功能低下的问题,为此,基于蛇在蜿蜒运动时的灵感,提出了一种具有向两个相反方向弯曲能力的双弯曲型气动肌肉执行器(DB-PMA)。首先,以传统的收缩式气动肌肉执行器(CPMA)为切入点,描述了DB-PMA的机械结构,包括DB-PMA仿生学设计基础以及DB-PMA的基本机械结构;然后,在“放松”、“加压”、“特殊”3种不同状态下,展开了对DB-PMA的相关运动学分析;并基于DB-PMA进行了实验,对实验结果进行了分析,将其与传统CPMA进行了性能方面的对比;最后,基于该执行器设计了一款软体机械臂,对该机械臂的性能进行了展示,并使用两种方法对其进行了优化改进,并对改进后的机械臂做了分析。研究结果表明：通过第一种改进方法可以使机械臂的最大弯曲角度增加到213°,通过第二种改进方法可以明显地使机械臂的控制更精准;相较于最初的机械臂,两种改进方法均能使机械臂的性能得到了明显的优化与改善。     

平面叶型对冷却风扇性能影响机理研究

以不削弱气动性能为前提,为提高发动机冷却风扇的噪声性能,以计算流体力学(CFD)与计算气动声学(CAA)理论为基础求解冷却风扇的气动性能和噪声性能,并与气动性能试验噪声试验结果进行对比验证了该计算方法的可靠性。对原模型的平面叶型进行优化,得到最低噪声参数组合,经CFD/CAA联合仿真验证,优化后风扇模型的气动性能与噪声性能均得到改善,从流场与声场分布的角度对优化前后的冷却风扇进行详细的对比,进一步地分析优化前后冷却风扇气动性能和噪声性能变化的机理,深入地研究其叶片结构参数对冷却风扇性能的影响机理。     

基于改进J-A模型的气动肌肉迟滞建模及其补偿控制

 针对气动肌肉非对称迟滞现象,采用改进Jiles-Atherton(J-A)模型来对其进行描述,并利用自适应权重粒子群来对模型所需参数进行辨识;通过与实验数据进行对比,对所建模型精度进行验证。基于所建迟滞模型,进而提出一种积分逆迟滞补偿器,通过将其引入到PID控制系统中,实现对气动肌肉的迟滞补偿控制。仿真结果表明,引入迟滞补偿器后显著提高了对气动肌肉的控制精度,验证了所提迟滞补偿器的有效性。     

自制气动人工肌肉的基本特性研究

气动人工肌肉的基本特性可以用等压特性、等长特性来描述,可通过气动人工肌肉静态特性实验对其特性进行研究.本文设计了气动人工肌肉静态特性实验系统,对自制的气动人工肌肉的特性进行了研究.通过实验表明对气动人工肌肉静态数学模型理论分析的正确性以及自制的气动人工肌肉的实用性,为气动人工肌肉进一步的研究奠定了基础.     

基于Kriging代理模型的离心通风机叶片优化

为了提高离心通风机的气动效率，进而实现节能减排和保护环境，提出了一种基于Kriging回归的代理模型用于离心通风机的气动优化。首先，通过拉丁超立方采样设置初始样本点，构建样本点对应下的离心通风机结构模型；进而用CFX软件计算其结构参数对应下的气动性能响应参数；其次，构建Kriging回归的代理模型用于表征初始样本点参数与气动性能响应参数间的耦合对应关系；最后把代理模型嵌入到智能优化算法中，并以气动效率最大为目标进行函数迭代寻优，进而寻得最佳的叶轮结构参数，优化后风机的工况效率从76%提高到80.9%,气动效率明显提高。     

气动人工肌肉驱动的柔性仿生肩关节结构设计与优化

根据人体肩关节的特点设计了一种气动人工肌肉驱动的柔性仿生肩关节,推导了该仿生关节的逆运动学模型;以仿生关节最小输出转矩、气动人工肌肉输出力模型以及最大收缩率作为约束条件,以仿生关节运动范围最大为目标函数,利用遗传算法对该仿生关节的多个结构参数进行优化设计。优化结果表明,优化后的关节运动范围明显增大,有效提高了该仿生关节的灵活性。     

气动肌肉的结构设计与制作

根据气动肌肉的工作原理,分析了影响气动肌肉可靠性的因素,设计并制作了气动肌肉.对自制气动肌肉进行了基本的特性测试,结果表明,所制作的气动肌肉在性能和可靠性方面能够满足要求.     

造型设计阶段汽车气动特性优化

考虑到在汽车工程设计阶段优化气动性能的复杂性,本文选择在造型设计阶段对其进行气动性能优化。首先以整车模型中面云图验证二维纵向对称面模型CFD仿真分析的有效性,建立车身纵向对称面参数化模型。然后选取对仿真结果影响显著的结构参数作为设计变量,通过CFD计算得出单个变量以及耦合变量对轿车气动特性的影响规律,利用基于薄板样条插值函数的高维模型构建设计变量与目标函数之间的近似模型。最后,基于近似模型进行多目标优化,并依此建立造型设计阶段轿车气动特性优化参考数据库。     

气动肌肉结构参数的分析与设计

根据气动肌肉的理论模型，分析了气动肌肉初始直径和初始长度对气动肌肉特性的影响，并对气动肌肉结构设计中的参数选择与设计问题进行了研究。文中提出的思想对气动肌肉的结构参数设计具有指导意义。     

气动人工肌肉系统建模与仿真

建立了气动人工肌肉系统完整的静动态特性数学模型,提出气动人工肌肉系统的工作过程可以分为等容充气、充气收缩、排气伸长和等容排气四个部分。并通过仿真分析了气动人工肌肉系统的工作特性,为控制策略的选取以及试验研究打下基础。     

火箭增压输送系统减压阀出口压力性能改进研究

为解决液体火箭增压输送系统气体减压阀在生产和飞行试验中出现的出口压力长时间持续下降问题,基于实测摩擦力提出了O形圈黏弹摩擦特性对减压阀出口压力的影响机理。使用修正摩擦力后的减压阀仿真模型复现了该减压阀出口压力长时间持续下降现象,并提出改进方案。样机验证试验表明,改进后减压阀出口压力长时间下降现象明显改善,减压阀精度提高约30%,验证了改进方案的有效性和O形圈黏弹摩擦特性对减压阀出口压力影响机理的正确性。     

基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节设计与控制

关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具有广阔的应用前景。从功能仿生角度出发,在分析人体肘关节骨骼结构特点和肌肉发力方式的基础上,设计一种基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节。建立单根肌腱的数学模型,通过搭建气动肌腱工作特性试验平台对肌腱进行性能测试,采用最小二乘法对模型参数进行辨识。针对拮抗式仿生关节的构型进行运动学和动力学分析,提出基于肌腱模型的偏置输入气压控制方法,设计基于关节估计阻尼的扰动观测器对名义模型进行补偿,通过数值仿真对控制方法进行有效性验证。建立仿生关节运动控制试验系统,通过单关节轨迹跟踪试验验证了肌腱理论模型的正确性及控制策略的有效性。     

Design and Dynamic Model of a Frog-inspired Swimming Robot Powered by Pneumatic Muscles

Pneumatic muscles with similar characteristics to biological muscles have been widely used in robots, and thus are promising drivers for frog inspired robots. However, the application and nonlinearity of the pneumatic system limit the advance. On the basis of the swimming mechanism of the frog, a frog-inspired robot based on pneumatic muscles is developed. To realize the independent tasks by the robot, a pneumatic system with internal chambers, micro air pump, and valves is implemented. The micro pump is used to maintain the pressure difference between the source and exhaust chambers. The pneumatic muscles are controlled by high-speed switch valves which can reduce the robot cost, volume, and mass. A dynamic model of the pneumatic system is established for the simulation to estimate the system, including the chamber, muscle, and pneumatic circuit models. The robot design is verified by the robot swimming experiments and the dynamic model is verified through the experiments and simulations of the pneumatic system. The simulation results are compared to analyze the functions of the source pressure, internal volume of the muscle, and circuit flow rate which is proved the main factor that limits the response of muscle pressure. The proposed research provides the application of the pneumatic muscles in the frog inspired robot and the pneumatic model to study muscle controller.     

气动人工肌肉系统动态特性研究

提出将气动人工肌肉视为带有弹性负载的变截面气缸的观点，方便地建立了气动人工肌肉系统动态数学模型。将气动人工肌肉的工作过程划分为等客充气、充气收缩、排气伸长和等容排气四个部分，通过仿真和实验研究对气动人工肌肉进行了特性分析。实验结果表明了所建立的动态数学模型的正确性，为气动人工肌肉应用研究奠定了基础。     

气动肌肉及其构成的关节模型研究

气动肌肉是一种具有重量轻、功率—重量比高的新型气动柔性执行器。用变刚度弹簧模型来近似气动肌肉的特性 ,研究了气动肌肉的刚度特性 ,并分析了由一对气动肌肉构成的关节模型 ,最后通过实验对模型进行了验证。     

金属对金属密封技术及其在管接头上的应用

该文研制了金属对金属尖角平面密封焊接式管接头,该技术克服了现有24°卡套式管接头、37°扩口式管接头、平面O形圈密封焊接式管接头技术中存在不足,提供一种结构设计简单合理,安装使用方便,工作压力高,密封性能可靠,温度、输送介质适用面广的液压气动管接头。     

转板式气动数字压力阀设计与仿真研究

随着数字化控制技术的快速发展,直接数字化控制是目前研究较多的一种针对数字/伺服阀控压力系统的控制方法。针对之前"气动阀多采用阀芯阀套结构、模拟量控制,对控制器要求高"的问题,提出了一种转板式气动数字压力阀结构。该气动数字阀采用步进电机加一块特殊形状的转板来实现对气动阀输出气压的控制,采用计算机直接控制方式,建立了气动数字压力阀的数学模型,并对其进行了仿真实验。实验研究结果表明,该数字阀气压输出、输入线性度高,利于开环控制。     

电容器绝缘套管自动烫印裁切一体机设计

该设备利用伺服和步进驱动实现套管带和烫印纸的定长传送;由气缸控制套管烫印头与裁切刀具的运动;利用多传感器实现烫印纸有无、套管有无、套管的上偏和下偏、生产安全防护等的自动检测;利用可编程序控制器和图形操作终端,实现系统的自动控制、生产工艺参数的设定和调整。整机性能稳定可靠,已在铝电解电容器生产企业得到应用。