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。     

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。     

用于直升机传动系统干运转的油雾润滑技术

根据直升机传动系统干运转能力的要求,使用UMT摩擦磨损试验机在油雾润滑状态下进行销盘试验,测定了不同添加剂对于摩擦磨损性能的影响,并得出最小喷油量。结果显示,在赫兹接触应力为424.4 MPa、相对滑动线速度达到2.618 m/s的条件下,含有5%的二烷基硫代磷酸锌(ZDDP)的润滑剂在油雾润滑工作状态下表现出的综合摩擦磨损性能最佳,试验耗油量仅为0.03 ml。此方法为解决直升机传动系统干运转问题提供了一种新的选择。     

基于YCbCr空间对大壁虎脑图谱的分割

确定大壁虎的各种运动行为与脑内控制其运动的具体的皮层组织对应关系是壁虎机器人的制作关键。通过对其脑图谱的制备,可以观察到脑内皮层组织的丰富信息。针对HE染色的大壁虎脑图谱自身的独特性,经过推敲,提出一种基于YCbCr空间的对图谱进行分割的方法。该方法将图谱由RGB空间转换为YCbCr空间,将亮度分量独立出来,不仅解决了拍摄过程中由于光线改变所带来的问题,而且阈值分明,分割彻底,鲁棒性好。其结果表明基于YCbCr空间的分割方法是分割效果非常好的方法。     

多巴胺改性硅橡胶的制备及性能研究

通过硅氢化反应,在催化剂氯铂酸作用下,使聚氢基硅氧烷( PMHS)上的Si-H键与十一烯酸(UA)上的烯基发生加成,过量的Si-H键与聚烯基硅氧烷(PMVS)反应,合成了含羧基的十一烯酸-硅橡胶共聚物(UA-co-PDMS);接着利用UA-co-PDMS表面的羧基和多巴胺(DA)发生胺化反应,制得了多巴胺修饰的硅橡胶(...     

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。     

具有层状纤维缠绕的仿甲虫鞘翅轻质结构的设计及其力学性能分析

在对鞘翅断面微结构观测的基础上,分析了鞘翅的微观结构特征。设计了具有层状碳纤维缠绕的仿生轻质结构,并利用有限元法对其进行了力学性能分析。同时制备出了仿鞘翅结构复合材料模型,并进行了准静态压缩实验。将实验结果与有限元分析结果进行比较,证明了有限元分析结果的有效性。在此基础上,进一步比较了两种不同纤维缠绕方式的仿生轻质结构的力学性能,证明了两层交错纤维缠绕的仿生结构设计是合理的。     

离子聚合物金属复合材料电致动模型研究

离子聚合物金属复合材料（ionic polymer-metal composites,IPMC）是一种新型电致形变高分子材料,具有广阔应用前景。为了有效描述IPMC的形变规律,基于IPMC致动原理提出了一种电致动模型。建立了阶梯电压下IPMC膜内水合阳离子的力平衡方程,由水合阳离子的浓度分布及水分子的扩散计算得出水分子的浓度以及含水量分布,结合实验所确定的含水量和应变的关系从而确定IPMC沿厚度方向的应变分布。该计算方法适用于不同形状的IPMC致动器。以悬臂梁IPMC致动器为例,通过应变分布计算得到IPMC致动器在阶跃电压下的输出弯矩和相应的位移响应,模拟结果与实验结果的瞬时响应规律高度一致,证明该模型正确。该模型的建立为IPMC结构驱动一体化设计奠定了坚实的基础。     

IPMC微泵驱动膜的设计及结构优化

利用离子聚合物人工肌肉(IPMC)固有的电致动性能,设计了圆盘形、S形、条形及扇形4种不同结构的致动膜,选择最优结构的驱动膜以驱动微泵。制备了一系列IPMC悬臂梁状致动器,利用激光位移传感器测出不同条件下致动器产生的位移。ANSYS软件下,利用位移推导出IPMC单元体的弯矩,以此计算衡量微泵的体积变化和最大工作压力。同时,分析了泵膜形状、半径、厚度、驱动电压对泵体积变化和工作压力的影响。结果表明:较之于其它3种泵膜,扇形泵膜的体积变化量最大;泵膜半径的增加有利于增大体积变化量;泵膜厚度的增加有利于增加工作压力;适当地增加驱动电压,可同时提高其工作压力和体积变化量。