重载液压机械臂末端夹持装置柔顺控制器研究

灾难救援机器人能够在危险环境下代替人类实施救援任务,由于灾害现场复杂多变,空间紧张,救援机器人往往需要在重载条件下进行工作。大型液压机械臂末端夹持装置,存在阻尼低、刚度弱、易振荡等固有缺陷,且夹持装置直接与环境接触,其耦合规律复杂,阻尼/刚度性能难以精细调控,夹持装置不能实现柔顺控制,极大限制了机械臂与环境的交互,甚至会造成人员伤亡和财产损失。采用阻抗控制中的导纳控制,对救援机器人的末端液压夹持装置进行柔顺控制,通过AMESim-Simulink联合仿真平台,搭建夹持装置模型进行仿真验证。仿真结果表明,采用导纳控制器的夹持装置与环境柔顺交互,取得了较好的控制效果。     

五自由度PICC精密细微静脉穿刺机械臂的运动分析与控制策略

医护人员的经验对PICC静脉穿刺置管手术的成功率有关键的影响,对于血管条件不好的患者,人工操作很难保证穿刺成功率。设计了一套高精度的五自由度机械穿刺装置,利用超声图像、力传感器、陀螺仪作为传感模块,形成闭环控制,使得机械装置能准确定位并精准穿刺。阐述了机械穿刺装置的运动分析和控制策略。系统由三自由度并联机械手臂实现针尖在三维空间中的定位,末端执行器为串联机械臂有两个自由度,一个自由度由丝杆电机控制针穿刺皮肤进入血管,另外一个自由度由旋转电机控制留置针针芯与软管的分离。经过实验表明,静脉穿刺系统能在给定目标位置后准确到达目标点,找到目标进行穿刺,完成静脉穿刺置管。     

大型矿用液压挖掘机动臂运行及能效特性

作为大型矿用液压挖掘机的主要工作装置,重型机械臂在作业中主要做往复循环运动,下降过程中所具有的动势能会因控制阀口的节流效应转化为热能损失掉,该部分能量占发动机输出能量的20％以上,造成巨大能量浪费和废气排放.针对以上问题,提出在原双液压缸动臂驱动系统的基础上增设一个与液压蓄能器相连的独立储能液压缸,实现对重载机械臂动势...     

Numerical investigation of deformed layout and fatigue life of automotive braking hose to the helix angle of fabric braided layers

The fabric braided rubber hose used in the automotive hydraulic braking system exhibits the anisotropic large deformation while its movable end is moving along the cyclic path during the steering and bump/rebound motions of vehicle. The complicated large deformation may cause not only the interference with other neighboring parts but also the durability problem resulting in the fatal micro cracking. In this regard, the design of high-durable braking hose with the interference-free layout becomes a hot issue in the automotive industry. However, it has been traditionally relied on the cost-/time-consuming trial and error experiments because the computational methodology for the large deformation and fatigue evaluation of the braking hose with the fabric braided layers in complex micro structure pattern has not been fully developed. Furthermore, the hose deformed layout and fatigue life are significantly influenced by the helix angle of braided layers, so that their characteristic investigation becomes an important research subject. As a preliminary step for the optimum design of high-durable and interference-free braking hose, this study investigates the hose deformed layout and the fatigue life cycle with respect to the helix angle of braided layers.

     

High speed on/off valve control hydraulic propeller

The work-class remotely-operated-underwater-vehicles(ROVs) are mainly driven by hydraulic propulsion system,and the effeciency of hydraulic propulsion system is an important performance index of ROVs.However,the efficiency of traditional hydraulic propulsion system controlled by throttle valves is too low.Therefore,in this paper,for small and medium ROVs,a novel propulsion system with higher efficiency based on high speed on/off valve control hydraulic propeller is proposed.To solve the conflict between large flow rate and high frequency response performance,a two-stage high speed on/off valve-motor unit with large flow rate and high response speed simultaneously is developed.Through theoretical analysis,an effective fluctuation control method and a novel pulse-width-pulse-frequency-modulation(PWPFM) are introduced to solve the conflict among inherently fluctuation,valve dynamic performance and system efficiency.A simulation model is established to evaluate the system performance.To prove the advantage of system in energy saving,and test the dynamic control performance of high speed on/off valve control propeller,a test setup is developed and a series of comparative experiments is completed.The smimulation and experiment results show that the two-stage high speed on/off valve has an excellent dynamic response performance,and can be used to realize high accuracy speed control.The experiment results prove that the new propulsion system has much more advantages than the traditional throttle speed regulation system in energy saving.The lowest efficiency is more than 40%.The application results on a ROV indicate that the high speed on/off valve control propeller system has good dynamic and steady-state control performances.Its transient time is only about 1 s-1.5 s,and steady-state error is less than 5%.Meanwhile,the speed fluctuation is small,and the smooth propeller speed control effect is obtained.On the premise of good propeller speed control performance,the proposed high speed on/off valve control propeller can improve the effeciency of ROV propulsion system significantly,and provides another attractive ROV propulsion system choice for engineers.     

旋挖钻机卷扬装置电液混合驱动系统特性

现有旋挖钻机卷扬系统是由阀控液压马达驱动。作业过程中,该系统存在非常大的节流损失;而且工作装置下放过程中,大量重力势能经控制阀节流作用转化为热能耗散掉,造成整机能效较低。为此,提出一种卷扬装置电液混合驱动系统,电动机作为主驱动,控制工作装置运动,降低节流损失;液压泵/马达与蓄能器等组合,构成能量回收单元,回收利用重力势能,辅助电动机驱动卷扬装置。分析了液压卷扬、电动卷扬与电液混合驱动卷扬系统的工作原理和运行特性,建立了旋挖钻机机电液多学科联合仿真模型,对不同驱动系统的运行和能量特性进行研究。结果表明,电液混合驱动系统具有良好的运行特性,相较于液压、电动驱动的卷扬系统,可节能27%~66%。     

气压测量装置橡胶管老化应对措施

橡胶管老化对气压测量装置功能的影响不可小视,对球载系统的安全运行构成巨大威胁。如何从多方面多措施防止橡胶管老化是需要考虑的一个关键性问题,文章从管道接头形式、橡胶管道路径优化、以及热设计三大方面综合改善了气压测量单元中橡胶管在使用过程中的材料物理状态和使用环境,使得气压测量装置的整体安全系数满足并超过了设计输入的技术标准要求。     

升船机多钢丝绳受力液压均衡特性研究

在提升钢丝绳和船厢之间设立液压油缸,可起到均衡钢丝绳受力的作用。而升船机液压均衡子系统为一阶反馈系统,与机械提升等二阶结构子系统在建模方式上存在巨大差异,无法求其动态响应。为此,利用卷扬系统与液压系统在界面耦合处力和位移协调关系,提出一种动态耦合的分析方法,建立机械卷扬-液压均衡系统数学模型;根据合并后的机械卷扬-液压均衡系统数学模型,提出利用界面凝聚的动态子系统方法,建立包括机械卷扬-液压均衡、承船厢和塔柱等子系统在内的升船机综合动力学方程。最后,利用整体动态仿真结果对液压均衡油缸的拉力均衡特性进行动态分析。     

Model-based position tracking control of a hose-connected hydraulic lifting system

High-pressure rubber hose is normally used to connect the control valves and actuators of hydraulic systems and thus lower their natural frequency. PID control is preferred in industrial hydraulic systems as it has many advantages over other controls. However, the low natural frequency of hose-connected systems limits the performance of PID control. In this paper, a hose-connected hydraulic lifting test rig is presented and the mathematical model of the system is proposed. Valve compensation strategy and hose compensation strategy are designed based respectively on the flow characteristic of the proportional valve and the mathematical model of the hose. Comparative experiments with typical desired trajectories are carried out in the test rig. Results show that both the compensation strategies are effective in improving the tracking accuracy.     

液压软管脉冲试验机电液伺服系统的设计与研究

随着我国飞机、汽车、工程机械的快速发展,对液压系统的管路及附件的耐压性、抗冲击性及其可靠性提出了更高的要求。根据对液压软管的液压脉冲实验要求设计了液压软管压力脉冲试验机电液伺服系统,并针对正弦波、水锤波的不同类型输入信号对系统进行了仿真研究,根据试验机周期性测试任务以及电液伺服系统非线性的特点,采用了重复控制和PID控制的复合控制策略,仿真结果表明此控制方法可以提高压力跟踪精度、动态特性和系统的鲁棒性。通过设计基于LabVIEW虚拟仪器和PLC的测控系统,对系统进行实验研究。仿真结果和实验结果研究相比表明,所设计的液压伺服系统可以满足用户提出的严格测试要求。     

人与机器人实现动态耦合的重要接口

介绍了最近研制的由两个ＲＲＲＲＲＲ型机械臂构成的具有１２个自由度的主机械手的基本和之构成了五套遥操作实验系统，对其性能进行了测试。在实验的基础上，对这种主机械手作为一种重要的人机接口的应用范围进行了探讨。     

汽车液压助力转向系统高压管软管结构和扣压类型分析

高压管在液压助力转向系统转向油管开发过程中占据了重要的位置。介绍了如何根据系统工作压力、工作温度及成本等要求选择适当的高压管软管结构及扣压类型，并作了相应的应力分析。     

基于无人遥控潜水器的水下管道卡箍式连接件安装机具设计

为解决深水大口径油气管道卡箍式连接件安装不便的问题,设计了基于无人遥控潜水器的水下管道卡箍式连接件安装机具,主要包括连接件库、机械手、液压力矩扳手和控制系统等。设计的机械手既能满足抓取的唯一性,又能保证连接件不会滑落。根据力学特性对机械臂闭合液压缸的运动情况进行了分析,得出了重心位置会对连接件的运动速度造成影响的结论。连接件库的设计使得装置减少了升降频率,减少工作循环时间。安装机具在无人遥控潜水器的配合下进行作业,可以实现大口径油气管道卡箍式连接件的快速安装。最后结合制作的实物模型对连接件的安装作业流程进行了说明。     

药协调臂刚柔耦合动力学仿真

为研究某火炮药协调臂的运动状态,用三维软件Creo创建药协调臂的三维模型,将模型导入多体动力学软件Adams中,施加函数驱动对模型进行多刚体运动分析。然后,基于第二类拉格朗日方程和多体动力学理论,将药协调臂上的双连杆、上连接板、上支杆考虑为柔性体,用有限元软件ANSYS和Adams联合建立药协调臂的刚柔耦合模型,并施加与刚体模型相同的驱动。对比两次仿真的结果发现,刚柔耦合模型更符合工程实际,分析的结果为药协调臂的改进及结构优化提供了理论依据。     

工程机械液压底盘模拟实验台双马达同步技术研究

单变量泵驱动双变量马达速度同步控制系统是一个具有耦合、非线性特点的多输入多输出系统，也是工程机械液压底盘模拟实验台研制中的技术难点。提出了一种基于流量均衡控制与压力、速度之和反馈相结合的控制策略。仿真验证表明，采用该方案控制下的单泵双马达系统即使在经受不同载荷干扰时也能保持系统稳定，并可快速同步到设定的速度。该方法无需解耦，简单易行，适用于工程车辆同步控制。     

深海装备压力补偿器及测试系统的设计

介绍了液压驱动的深海作业装备的具体工况,分析了深海作业装备要求液压系统进行压力补偿的特殊原因,对设计的滚动橡胶膜片式压力补偿器进行了受力分析,得出了影响补偿器压力稳定的因素,在理论分析的基础上对滚动橡胶膜片式压力补偿器进行了详细设计,阐述了该压力补偿器的机械结构、密封结构及工作机理,并介绍了压力补偿器应用母体之一的水下机器人;针对压力补偿器设计了配套的试验测试系统,该测试系统能够满足压力补偿器的保压测试、功能性测试等常规试验。     

民机液压系统发动机驱动泵的卸荷工作及故障模拟分析

民机液压系统的主泵一般为发动机驱动泵,用作功率提取装置从发动机提取功率为液压系统提供主要能源.发动机驱动泵为恒压变量泵,通过联轴器与发动机上的齿轮箱连接,随发动机启动而工作.因发动机驱动泵与发动机为机械连接,不能人工关闭,但在特定的飞行阶段需要发动机驱动泵能够卸荷工作,在试验时也需要EDP不能输出压力的状态.针对上述要...     

液压挖掘机臂杆结构疲劳寿命预测方法研究

液压挖掘机臂杆结构承受复杂的冲击载荷,其疲劳寿命存在许多不确定性因素。首先采用Miner准则,依据实验载荷谱和有限元方法对液压挖掘机工作装置寿命进行了预测。其次研究了结构疲劳寿命变化过程和灰色理论预测模型内在规律的一致性,建立了液压挖掘机工作装置疲劳寿命的灰色预测GM模型,并分别运用GM模型的两种形式--GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型对液压挖掘机工作装置进行疲劳寿命预测。分析比较Miner准则、GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型三种预测方法。结果表明,三种预测方法结果基本一致,灰色系统模型同Miner准则模型相比误差明显减小且非线性幂模型具有更高的预测精度。基于灰色理论的GM(1,1)幂模型考虑了非线性因素,更适合于液压挖掘机工作装置结构疲劳寿命预测。     

某型装备液压系统便携式故障检测仪设计

 为解决某型装备液压系统野外无法现场快速诊断故障、严重影响战备训练的问题,设计了该便携式故障检测仪,主要由液压油污染度、液压流量、液压控制器等检测单元和液压油在线循环过滤系统组成。以激光光阻法颗粒计数传感器为基础,研制了液压油污染度检测仪;针对污染度高的液压油采用离心分离技术,减少污染磨损,提高液压系统可靠性和寿命;采用超声波时差法检测技术,实现了对液压系统状态参数的非介入式检测。实验结果表明,该检测仪能够完成对液压系统的准确有效检测。     

大型液压Stewart平台动态耦合特性

耦合现象在液压Stewart平台中普遍存在,以大型液压Stewart平台为目标,采用AMESim和SimMechanics对液压部分及平台机构部分分别建模。通过软件接口建立联合仿真体系对平台动态耦合进行定量分析,数值模拟6缸动态特性在一致和有差异的情况下动态耦合的强度和规律,该仿真体系针对液压与并联机构进行分布式建模,改善了建模精度。建立大型液压Stewart平台通用联合仿真模型,为Stewart平台的耦合研究提供了有效的理论研究手段,能够针对平台进行前期耦合预测,保证设计方案的准确性与可靠性。