柔性丝线与下游圆柱相互作用的二维数值模拟研究

基于格子 Boltzmann 方法和沉浸边界法,首先对柔性丝线在均匀来流中的周期性摆动和圆柱绕流进行了二维数值模拟,并将模拟结果已有研究成果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。通过分析柔性丝线的升阻力系数和末端位移,研究了丝线与下游圆柱间距对丝线摆动和尾流特征的影响,并讨论了雷诺数和柔性丝线质量比对结果的影响。通过数值模拟结果得出:下游刚体的存在对柔性丝线有明显的减阻效果;在一定的参数范围内,由于粘滞作用和涡的相互作用,丝线末端的摆动幅值随间距增大相继出现了减小和变大的现象;雷诺数的增大可以增强丝线运动,而丝线质量比起到了不稳定作用。     

一种基于多轴工业机器人的非线性同步控制方法

为了提高机器人的末端轨迹精度,提出了一种基于六轴工业机器人的包含位置误差和同步误差的非线性PD偏差耦合控制策略。该策略无需考虑机器人精确的动力学模型参数,避免了不精确动力学参数的影响。首先建立了基于IRB120型虚拟样机的动力学模型,再利用Simulink和Adams进行联合仿真验证该策略的合理性。仿真结果表明,利用该方法与基于相同规划轨迹的传统非同步控制的力矩前馈算法和PD同步控制算法进行比较,有效地降低了关节同步误差,提高了末端的轨迹精度。     

面向足式机器人的P-Q阀控非对称液压缸位置闭环刚度特性研究

大负载足式机器人一般选用液压驱动单元作为系统的驱动机构。考虑到机器人结构紧凑性及控制性能等原因,研究了一种基于P-Q阀控非对称液压缸系统的位置闭环刚度特性。通过建立并利用系统的非线性方程,结合P-Q阀的特性,研究了P-Q阀在位置闭环时等效刚度动静态特性。研究表明,在位置闭环时,系统特性与弹簧等效且等效刚度与系统的增益成正比,这为机器人基于位置闭环的阻抗控制提供了理论基础。     

一种考虑柔性的码垛机器人动力学性能优化方法

提出一种考虑关节柔性影响的高速重载码垛机器人动力学性能优化方法。首先,考虑关节柔性的影响,建立了刚柔耦合动力学方程; 随后进行了模态分析以及受迫振动分析; 提出以最低阶固有频率最大和各关节驱动力矩基于目标轨迹上的最大值最小作为动力学优化目标; 最后构造有约束的多目标优化问题,并利用遗传算法对该多目标优化问题进行求解。优化结果表明,机器人的动力学性能明显改善,说明优化方法合理有效。     

高集成三自由度解耦球型手腕

针对空间机器人手腕集成度低和灵活性差的问题,提出一种由相对独立运动链组成的三自由度解耦球型手腕机构,采用双万向节和双半球结构来保证腕关节的紧凑性与灵活性.分析运动传动关系和工作空间区域,完成三自由度解耦球型手腕的结构设计,推导正、逆运动学方程和雅克比矩阵,分析结构解耦和运动解耦特性,建立作业空间与关节空间的运动传递关系.构建三自由度解耦球型手腕试验平台,进行侧摆、俯仰、自转试验和末端运动轨迹验证试验.研究结果表明,解耦球型手腕运动灵活、平稳,姿态角调整范围大,轨迹跟踪准确.     

基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学建模

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作用的弗劳德—克里洛夫力、鱼体游动过程中的阻力特征,建立仿鱼机器人的动力学模型。数值实例表明,利用该动力学模型,能够有效地实现给定鱼体各环节的运动参数求解作用力矩、给定作用力矩求解运动规律,进一步设计仿鱼机器人各环节的运动规律,寻找一种实现鱼体推进力最大和推进效率最高的规划方法。该动力学模型的建立为研究仿鱼机器人的运动控制算法和规划算法,揭示鱼体利用流场能量的动力学机理提供了重要理论支撑。     

四自由度柔性关节机器臂残余振动的输入整形控制

以一种四自由度柔性关节机械臂为研究对象,针对不同关节的残余振动特点,提出传统输入整形技术IST（input shaping technique）与时变输入整形技术（TVIST）结合的方法抑制机械臂残余抖动,所采用TVIST方法只抑制振幅最大的频率极点,具有不需要系统精确模型,算法简单,易于实现等特点。采用Matlab和ADAMS虚拟样机联合仿真实现,仿真结果表明了所提出的输入整形方法在抑制此机械臂残余抖动上的有效性。     

A Wireless Communication Method with Dynamic Adding Nodes for the Underground Search and Rescue Robot

A wireless communication method with dynamic adding nodes for Underground Search and Rescue robot is proposed: fix the address of the controller, add repeater nodes into the net dynamically, and shift the address of the mobile terminal. With this method, the Search and Rescue robot can reach the deeper place of a mine to help rescue and keep in touch with the controller through wireless communication in a single channel, even in a complex laneway where radio wave cannot go through the thick wall. The collision in the process of the two-way multi-hop communication in the single channel will also be resolved by the communication direction priority and response signal mechanism, to enhance the reliability of communication. Finally, a sample is designed and an experiment is conducted to verify the efficiency of the method.     

空间索杆铰接式伸展臂参数设计与精度测量

结合空间索杆铰接式伸展臂在航天工程中的应用,基于伸展臂从航天器伸出且前端支撑负载的在轨工作状态,运用欧拉梁理论建立了悬臂式伸展臂理论分析模型。分析了工作状态下伸展臂与负载系统的固有频率和根部弯曲强度,提出了基于伸展臂固有频率限制和根部弯矩限制的伸展臂参数设计方法。通过算例分析了伸展臂线密度、半径、纵杆截面面积等主要设计参数与伸展臂固有频率和根部弯矩之间的关系。研制了伸展臂原理样机,其弯曲刚度和抗弯强度分别为0.388 MN.m2和562.12 N.m,验证了伸展臂具有较高的刚度和强度。对伸展臂物理样机的地面重复展开定位精度进行了测量实验,其轴向、水平、竖直方向上的重复展开精度分别为0.127 mm、0.645 mm和0.588 mm,证明了伸展臂具有较高的重复展开定位精度。     

一维大行程高分辨率纳米定位平台的设计与性能测试

设计了一种大行程、高分辨率的一维纳米定位平台,并进行了性能测试．该平台采用差动杠杆原理和柔性铰链,运用两个压电陶瓷叠堆致动器驱动．对柔性铰链平台建模,通过材料力学及结构振动微分方程等相关知识,对柔性铰链微动平台的刚度、输入反作用力、放大倍数等参数进行了分析,得到平台结构参数对平台性能的影响,并结合有限元分析软件,确定了微动工作台参数;最后建立了实验系统,对微驱动定位系统的输出行程、分辨率性能进行了测试．实验结果表明,所设计的微驱动定位系统的行程达到240μm,分辨率达到10nm,外形尺寸80mm×60mm×20mm．可用于大行程高分辨率微动定位．