适应不同重力环境的仿壁虎机器人运动仿真

针对不同重力环境下仿壁虎机器人的运动稳定性、运动高效协调性等问题,基于四足机器人的步态规划现状和仿壁虎机器人自身特定的机械结构,设计了仿壁虎机器人在g、0、-g 3种环境下的足端轨迹和运动步态。在ADAMS仿真软件中研究了机器人的运动学和动力学特性,得到了仿壁虎机器人稳定爬行与脚掌黏附力、足端轨迹和运动步态的关系。探讨了仿真结果的合理性和局限性,为仿壁虎机器人在实际环境中的稳定运动奠定了理论基础。     

一种测力传感器固有频率的提高与测试

提高测力传感器的固有频率能有效增强被测力数据的可靠性。介绍了一种悬臂梁测力传感器提高固有频率的设计方案,以及用高温火焰烧断承载线产生阶跃激励以测试实体传感器固有频率的新方法。该方案使用有限元软件ANSYS对传感器进行模态分析和结构静力分析,结合仿真结果和悬臂梁固有频率公式修改模型,使测力传感器固有频率提高了60%以上,达到了360 Hz。实际测试结果与有限元仿真结果十分接近,充分证明了改进方案的有效性。     

动物运动力学测试系统

研究蜘蛛、昆虫等微小动物在地面、墙面、天花板等不同表面的光滑或粗糙状况下自如运动时的附着机理,可以为特种仿生机器人的研究提供理论依据。研制了动物运动力学测试系统,包括由16只三维微牛级力传感器组成的传感器测试阵列;48通道的信号放大、调理以及数据采集与处理;动态图像的放大、记录与分析等。该系统在仿生学的研究中有很大的应用价值,是了解和深入认识动物运动步态及其接触力学规律的重要手段。     

一种仿蝗虫跳跃机器人的能量转换机制及跳跃稳定性设计

通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制了一种新型的可连续跳跃的机器人。在研究起跳过程能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下,完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。为进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力,通过建立蝗虫钩爪的抓附模型,分析了蝗虫在不同粗糙度表面起跳中脚垫与钩爪的协同作用,设计了黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构。     

摩擦离合器最大静扭矩分布规律的研究

在传动系统中常采用摩擦离合器实现轴的连接或离合,与其它联接方式相比,它有下列突出优点:1)可作为系统的薄弱环节,过载时打滑,保护其它零件;2)改变摩擦面间压力就可调节从动轴加速时间;3)接合时冲击、振动较小等。因而在各种传动系统中广泛采用。在设计这种离合器过程中最大静扭矩是最重要的设计参数之一,过去多用平均值为设计依据,现在这种方法已难于满足传动系统高性能、高可靠性的设计要求。有必要研究其最大静扭矩的分布规律,以便为系统的可靠性分析提供依据。     

IPMC的力输出特性

IPMC(ion-exchange polymer metal composite)离子交换聚合物-金属复合材料)是一种人工肌肉材料,其较低的驱动电压能产生较大的位移变形,研究了IPMC这种智能材料的输出力特性.实验选取了不同电压幅值,不同频率的方波、三角波、正弦波3种波形作为电激励信号,通过力传感器实测了IPMC试样末端的输出力.结果表明,随着电压幅值的增大,其输出力也增大;随着电刺激信号频率的降低,其输出力也增大;而波形对其输出力影响不显著.     

壁虎运动反力和行为的动态同步表示方法

运动反力测试是认识动物运动力学规律的最直接途径,但目前测试得到的数据难以与运动行为很好关联。为此提出一种立体直观表示运动反力的方法,并和动物的运动行为直接关联。针对以往的人工筛选数据的方法,提出数字图像在动力学数据筛选方法研究中的应用：采用数字图像目标检测的方法进行数据的筛选,在保证筛选正确率的基础上提高筛选效率;结合高速摄像机获得的图片采用OpenGL纹理渲染的方式展现壁虎的运动状态和脚掌受力,实现用于分析壁虎运动状态和脚掌力间的协调关系,为四足机器人的步态规划提供重要参考。     

TC11及表面改性膜层在海水中的微动磨损研究

通过对TC11钛合金进行不同表面改性实验(微弧氧化、N+离子注入、DLC多层膜),得到不同表面改性膜层。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究表面改性层的相组成和微结构。在模拟海水环境下,采用SRV-IV微动磨损试验机评价TC11合金及不同表面改性膜层的微动磨损性能(摩擦系数、磨损量及磨损机制),并比较抗微动防护效果。结果表明,TC11经改性后摩擦系数呈现不同程度下降,磨损量的降低则非常明显,其中DLC多层膜抗微动防护效果最显著。海水介质中各摩擦系数显著比纯水中低。海水中钛合金的磨损量小于纯水中的数值,腐蚀与磨损呈"负交互作用"规律,而改性层磨损较纯水中略高。     

激光直写法制备仿刚毛微纳阵列的研究

提出一种采用激光直写技术制备微纳阵列的新方法来制备仿壁虎刚毛二级结构微阵列。该制备过程由计算机控制完成。实验制备出具有不同几何尺寸的一级结构阵列,并在此基础上探索制备二级结构微阵列的三种方案,其中,“自上而下”的方案通过对曝光时间和显影时间的控制使第二级结构扎根于第一级结构中,有效提高了两级结构间的连接强度。制备实验的同时,分析了曝光时间、显影时间等参数对阵列制备的影响。激光直写制备微纳阵列的方法具有高效率、低成本的优点。     

化学复合镀(Ni-P-MoS_2)缝纫机导杆的摩擦磨损性能研究

以缝纫机导杆的减摩需求为背景,以曲面-曲面接触方式,在5 mm振幅下,以不锈钢为基体,研究Ni-P镀层、外加MoS2的Ni-P镀层及Ni-P-MoS2复合镀层的往复滑动摩擦学行为,研究载荷、频率以及MoS2对摩擦因数和磨损率的影响。研究结果表明,镀层摩擦因数均随着滑行频率和载荷的的增加呈不同的变化趋势,Ni-P镀层的摩擦因数最大,外加MoS2的Ni-P镀层次之,Ni-P-MoS2复合镀层最小;其磨损率均随着滑行频率和载荷的增加而增加,Ni-P-MoS2复合镀层的磨损率较外加MoS2的Ni-P镀层与Ni-P镀层的小,这是由于MoS2的低摩擦性并在化学复合镀后具有较好的结合力,从而使Ni-P-MoS2复合镀层具有较好的耐磨性和自润滑性。