质子交换膜燃料电池密封结构接触特性研究

为探究质子交换膜燃料电池（PEMFC）装配过程中密封结构的Mises应力及接触压力分布,选择矩形截面密封垫圈作为研究对象,基于Abaqus软件建立PEMFC密封结构的二维有限元模型,研究在不同的压缩率、密封垫高度、流体压力以及装配误差下,密封结构的Mises应力及接触压力分布情况,并根据受力情况探讨各参数对密封结构的性能影响。研究结果表明：随着压缩率的增大,密封结构的接触压力相应增大,但是压缩率过大会造成密封材料失效;密封垫高度会影响接触压力的大小,随着高度的增加,接触压力逐渐减小;流体压力会导致密封结构受力不均匀,随流体压力增大受力一侧的密封垫圈受到更大的接触压力;装配误差会造成膜电极框架的机械变形,随着误差增大,膜电极框架的Mises应力也逐渐增大。     

双作用气动软体驱动器的设计与分析

为模仿环节动物的纵肌与环肌功能,实现驱动器径向运动和轴向运动的拮抗作用,设计了一种双腔体双作用的气动软体驱动器。该软体驱动器由可实现轴向伸长运动的内腔轴向驱动器和可实现径向膨胀变形的外腔径向驱动器组成。为提高性能,软体驱动器外部结构采用了折叠方式,并通过有限元仿真分析了不同折叠参数对性能的影响。经实验测试,在0. 03 MPa的通气压力下,六折叠结构软体驱动器最大轴向伸长率可达到24. 2%,实现了对环节动物纵肌与环肌功能的模仿。     

考虑装配偏差的质子交换膜燃料电池密封结构失效数值研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）的密封结构组件在装配过程中不可避免地存在错位偏差,影响电堆的性能和安全性。为研究装配过程中密封构件几何结构和材料参数对密封结构失效的影响,建立PEMFC装配过程中的密封结构数值模型,采用滑移距离和滑移角为评判密封结构失效指标,讨论垫片的硬度、尺寸和膜电极（MEA）框架厚度、材料弹性模量对密封结构失效的影响。结果表明：滑移距离和滑移角随着垫片硬度、垫片厚度的增大而增大,随着垫片宽度、MEA框架厚度和材料弹性模量的增大均减小,这表明密封构件的几何参数和材料参数对密封结构的稳定性具有重大影响;选择硬度和厚度较小、宽度较大的密封垫片,较厚和弹性模量较大的MEA框架可以降低错位偏差对密封结构的影响,扩大结构容许的装配误差范围。研究结果有利于对密封结构失效的理解,也可用于指导PEMFC装配工艺的设计。     

基于视觉的软体气动驱动器变形观测与仿真分析

软体气动驱动器常被用作为软体抓手,但在抓取质量较大的物体时常常因为反作用力产生变形而导致抓取失败。针对这一现象,文中提出一种基于视觉的软体气动驱动器变形观测方法。文中利用相机记录软体气动驱动器在不同气压下作用下的弯曲变形图片,使用视觉处理的方法提取出驱动器的变形曲线以便更准确地观测驱动器的变形。使用有限元仿真软件ABAQUS对驱动器在不同气压作用下的变形进行仿真分析并提取变形曲线。实验曲线和仿真曲线的相似度的对比结果表明,基于视觉提取驱动器变形曲线的方法可以更加准确地观测驱动器的变形。     

气动网格软体驱动器弯曲变形预测方法

气动软体驱动器作为软体机器人的关键构成单元,在气压作用下可以实现弯曲运动,但目前缺乏合适的方法来研究驱动器的弯曲变形。针对该问题,在分析气动网格软体驱动器弯曲变形原理的基础上,建立了驱动器单个气囊弯曲角度的数学模型并对其弯曲特性进行了分析,进一步建立了单腔室驱动器和多腔室驱动器的弯曲变形预测模型,通过有限元仿真和实物实验验证了弯曲变形预测模型的有效性。     

质子交换膜燃料电池密封系统热力耦合仿真研究

温度影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)的密封性能和力学行为,因而影响其使用寿命和可靠性。为研究PEMFC在热力耦合下的密封性能和力学行为,建立PEMFC单电池和多电池结构的二维模型,研究密封系统在不同工作温度下的应力-应变分布,讨论橡胶密封圈压缩比、双极板错位和密封垫尺寸对PEMFC密封性能和力学性能的影响。结果表明：温度对密封圈的Mises应力和膜电极组件(MEA)框架接触压力有很大影响;在不同工作温度下单电池和多电池结构的密封性能相似,应力和接触压力分布差别也不大,因此单电池结构的研究结论可以推广到多电池结构;随着橡胶密封圈压缩比和密封圈尺寸的增加,燃料电池密封性能得到改善;而双极板错位会加剧MEA框架的变形;高应力区出现在橡胶密封圈的横截面内部,容易导致局部应力集中和密封失效。     

三维气动软体驱动器弯曲建模与分析

为设计弯曲性能优越的三维气动软体驱动器,针对单腔通气时驱动器的弯曲变形机理,展开了弯曲特性的研究。首先基于Yeoh模型的能量密度分布函数,结合驱动器弯曲时的静力平衡方程,建立驱动气压与驱动器弯曲角度变形的非线性数学模型;其次,通过数学模型分析气腔半径、中心圆半径以及壁厚对弯曲的影响,并通过建立单目标多约束优化模型寻找最优尺寸组合;然后通过有限元仿真,进一步研究两腔通气时驱动器弯曲角、偏转角与末端点坐标的变化规律。最后通过对比理论模型、有限元仿真、样机试验的数据。结果表明:在60kPa气压的范围内,理论结果、仿真结果与试验结果的表明上述分析参数对弯曲影响的趋势保持一致,从而验证了理论模型的正确性。上述研究为设计气动软体弯曲驱动器提供了可靠的理论基础。     

基于主应力线的软体气动弯曲驱动器设计

软体驱动器是软体机器人的重要组成部分.针对传统的设计方法难以设计具有特定功能的软体驱动器问题,提出一种基于主应力线的软体驱动器的设计方法,可以实现基于目标功能的设计.该方法基于给定的目标功能参数,通过预仿真计算主应力线方向,并沿着主应力线方向环绕气动腔室生成框架约束结构.最后,使用启发式的方法调节框架约束结构的材质参数...     

基于模糊PID算法的气动软体驱动器控制策略研究

气动软体驱动器的材料与电气比例阀的压力控制都具有较强的非线性,传统的PID控制方法对非线性系统的控制很难达到理想的效果.文中提出了一种将模糊控制与PID相结合的控制策略.根据电气比例阀结构与工作原理,初步建立了电气比例阀的数学模型.通过基于采集输入输出数据的系统辨识方法来获得控制系统的传递函数,基于此传递函数在MATL...     

仿生软体驱动器的研究综述

软体驱动器是智能和交互式软体机器人的核心部件,由于其高度的灵活性、良好的环境适应能力以及安全可交互等优势,被广泛应用于工业、农业、医学、救护和公告服务等领域。研究人员通过对生物的模仿制造出了各种类型的软体驱动器。围绕国内外近些年来软体驱动器的研究成果,介绍了国内外软体机器人中所采用的软体驱动器技术的基础研究发展现状;针对软体驱动器的基本特性对其进行了系统归纳分类,介绍了各类型软体驱动器的基本工作原理,介绍了各种软体驱动器各领域的的应用现状以及各种类型驱动器的优缺点和在实践应用中存在的问题;对软体驱动器未来的发展趋势进行展望。     

一种仿乌龟的气动软体四足机器人设计与实现

为了应对气动仿生机器人在越障和爬行等步态控制方面的挑战,设计了一种仿红耳滑龟的四足气动软体爬行机器人。该机器人包含四个两段式气动网格结构的软体驱动器,用以模拟龟腿的结构和运动。基于有限元分析对该结构参数进行了分析和优化;进行了不同时序控制下的单腿性能测试;测试了软体机器人在直行爬行、转弯和面对障碍物时的运动性能。结果表明,软体机器人具有卓越的适应能力和稳定性能,直线爬行最大速度可达到50 mm/s,在刚性表面转弯可达到45 (°)/s,可以跨越高度为25 mm的障碍物。其卓越的适应性和稳定性能使其在搜救、探测和检查等领域具有实际应用潜力。     

磁致变刚度原理的气动软体致动器设计与试验

软体机器人友好的人机交互特性使其在柔性抓取、生物医疗等领域有着广泛的应用前景。针对软体机器人“柔有余而刚不足”的缺陷,提出了一种具有快速、可逆变刚度能力的磁气混合驱动软体致动器。基于磁流变效应,设计了以磁流变弹性体材料作为基体的单自由度纤维增强型磁气混合软体致动器,并给出了软体致动器的浇注制造工艺。构建了磁-力耦合模型,分析磁流变弹性体中的刚度影响关系。基于自主开发的刚度测试平台,试验结果表明：设计开发的软体致动器可以在气压和磁场作用下实现可变刚度混合驱动,通过增加磁场强度可以明显提升软体致动器的刚度,最高可提高约40%。软体致动器末端位置控制实验结果表明：通过磁场激励作用,可将软体致动器携带负载的位姿保持能力提高1.4倍,具有动载荷下的位置保持驱动能力,调节响应时间小于1.5 s。     

浅谈气动密封的设计

从气动密封与液压密封的区别和气动密封的使用条件入手,详细地阐述了气动密封的设计要点,为其他相关气压系统的工程技术人员提供了良好的参考素材。     

阀门气动执行机构的分析

论述了阀门气动执行机构的种类,列举了几种典型的气动执行机构原理,提出了气动执行机构设计的注意事项。     

双波纹自密封复合垫片结构优化及密封特性研究

针对管道高压工况条件,设计了一种具有自密封性能的镍钛合金双波纹复合垫片并对其进行研究.对自密封垫片结构参数进行优化设计,采用有限元方法研究了波纹数量、波纹幅值、波纹厚度和骨架厚度对垫片压缩回弹性能的影响,并比较了不同介质压力下相同结构参数的自密封垫片和常规波纹复合垫片的密封特性.结果表明,骨架厚度和波纹厚度对垫片回弹性...