燃爆直线型弹跳驱动器分析与试验

为精确控制采用燃爆直线型驱动器(combustion powered linear actuator,CPLA)的弹跳机器人,对影响CPLA驱动弹跳性能的因素进行了分析.首先根据CPLA的工作过程建立了CPLA的动力学模型,得到性能参数;然后试验分析氧化剂一氧化二氮(N2O)与燃料丙烷(C3H8)摩尔比、两者的充气压力对CPLA输出性能的影响.试验结果显示:影响确实存在,当摩尔比为9.91时,CPLA驱动弹跳高度最高,质量3.17 kg弹跳机构弹跳高度为3.2 m,CPLA能量利用率8.4%,弹跳效率7.01%.CPLA在驱动弹跳过程中输出很高的平均功率,并且具有很大的功率质量比.     

燃气动力弹跳机器人的设计与试验研究

以可燃混合气体为动力源,设计了一种燃气动力的弹跳机器人,包括弹跳驱动器和轮式运动机构。弹跳驱动器采用双活塞燃烧室结构及磁力锁紧机构,有效减小驱动器体积,有利于驱动器复位和废气排除。轮式运动机构包括车身和蜂窝车轮,车身作为驱动器载体,蜂窝车轮用于机器人落地缓冲。对车轮的径向、周向和切变模量进行等效计算,采用铁木辛柯梁理论对车轮进行静力分析,计算结果与试验数据吻合;利用LS-DYNA对车轮落地碰撞进行仿真,分析了落地冲击能量消耗。对机器人的弹跳运动进行规划,弹跳越障试验表明机器人可直接越过或跃上障碍物,验证了机器人的弹跳运动能力。该弹跳机器人的研究为提高地面移动机器人的未知复杂地形适应能力提供了一种可行的技术方案。     

燃爆弹跳驱动器驱动过程的理论分析

基于燃爆弹跳驱动器能量密度、功率密度高的特点,研究燃爆弹跳驱动器驱动弹跳过程中燃烧室的驱动压力和驱动器的驱动气缸弹跳速度。建立燃爆弹跳驱动器的热-动力学模型,分别对驱动器进行动力学与热力学分析;利用Runge-Kutta法进行驱动器的热-动力学数值仿真,得到驱动压力、气缸带负载的速度随时间与位移的变化过程。结果显示:在燃爆驱动开始阶段,燃烧室内压力上升极快,驱动器的压力与起跳速度受燃烧品质系数、燃烧时间影响较小,但燃烧效率对驱动器输出性能的影响较大。