基于正六边形折纸的单自由度可展结构

可展结构在航空航天领域应用广泛,其性能的优劣直接决定航天任务的成败.随着各种空间设备向着大型化和复杂化方向发展,对性能优良的可展结构的需求与日俱增.为了设计具有高可控性、大收纳率的可展结构,从刚性折纸的角度出发,对一种已有折纸图案进行改进,设计出一种新型零厚度正六边形折纸.进一步结合桁架理论和厚板折纸理论分析并降低了其...     

基于折纸机构设计的新型行走机器人

针对行走机器人存在的驱动复杂、无法适应不同行走环境等局限,基于折纸机构设计出一种新型的具有单自由度的行走机器人的两种腿部折纸构型;通过将三浦折纸(Miura-Ori)折痕转角理论与腿部等效运动学模型相结合,简化运动学的求解并设计出一种新型的驱动方式.将单顶点折纸理论拓展到多顶点的折纸构型之中,得到了不同单元的折痕转角之间的确定关系.提出一种配合折纸折叠状态的步态规划.结果表明,机器人腿部折纸构型能够实现大跨度、大步长的行走步态;由于足部末端的大跨度动作,不与地面发生相对滑动,能够在不同复杂程度的路面实现平稳行走.     

具有三阶幻方拓扑构型的厚板折纸机构运动相容性分析

折纸机构是折展机构的一种,折痕分布对折纸机构的刚性折展运动有直接影响。首先,提出一类具有三阶幻方拓扑构型的折纸机构,运用拓扑学理论对折纸机构的拓扑组成元素进行分析,通过构造网孔环路矢量和折痕分布矩阵,形成一种可用于描述折纸机构折痕分布特征的矩阵表示方法。其次,建立拓扑图旋转、翻转和镜像操作过程的矩阵运算数学模型,对256种三阶幻方折纸机构拓扑构型进行同构判定后,将得到的23种拓扑构型分为方扭型、轴对称型和不规则型。最后,在考虑板件厚度的同时,为了判断机构是否可刚性折展,将三阶幻方中每一个网孔环路处的单顶点四折痕机构等效为Bennett机构,通过引入分位角参数矩阵、转角特征矩阵和分位角特征矩阵,建立运动相容性判定方程的通用表达式,提出运动相容性系数的概念,并将其应用于厚板机构的刚性折展性分析,发现23种拓扑构型中有19种可用于厚板折展单元的设计,以折展单元与其镜像体进行模块化扩展为例,说明了此类折展单元在构造大尺度折展机构时的应用前景。     

基于刚性折纸的新型可折展移动机器人折展原理分析及验证

针对现有轮式机器人的本体相对固定无法适应复杂环境的问题,将自由度较少、折展比大的刚性折纸机构与高效的轮式运动相结合,提出一种新型可折展移动机器人机构,提升了移动机器人在复杂环境下的通过性能。对此机构折展原理进行分析,得到机器人三维尺寸与驱动角之间的关系,并通过建立简化模型,对动力学进行研究,得到不同位置的驱动力矩随驱动角的变化,从而得到最优驱动布置方案,之后通过运动协调算法研究,实现了机器人移动与折展协调运动,使其能够在复杂环境中高效运动。最后搭建物理样机以及控制系统,并通过试验验证机器人的移动及折展性能。结果表明,该可折展移动机器人具有三维折展比大,运动灵活高效的优点,可通过切换姿态适应复杂路径,有望在探测、检测以及救援等工程领域得到应用。     

基于折纸的圆柱及圆台薄膜折叠设计及分析

为减小航天器的遮光罩和热屏蔽的占用体积,基于折纸的基本规则和特点,设计一种圆柱面及圆台面薄膜的折叠方式。对圆柱面折叠过程进行分析及计算,推导出将圆柱面折叠成平面图形的角度约束和高度约束,并建立该折叠方式折痕的数学模型,在该模型下圆柱面折叠后截面为正多边形。在此基础上对圆台面折叠方式进行了类比分析,推导出将圆台面折叠成平面图形的角度约束和高度约束,并建立该折叠方式折痕的数学模型,在该模型下圆台面折叠后截面为正多边形。两个数学模型为航天器的遮光罩和热屏蔽等圆柱面或圆台面结构提供了一种可设计的折叠方式,该方式不同于已有的固定式或者伞形轴向展开式,可以大大减小相关结构所占用的体积,对遮光罩和热屏蔽等薄膜结构的设计具有参考意义。     

折纸启发的折叠式柔性关节及步行机器人设计

基于折纸折叠原理启发的新构型的开发与应用日益成为相关领域的研究热点,其中,平面折痕的设计、三维形体的折叠、构型的运动特点、自由度及与之相配合的驱动设计都是需要解决的问题。首先,在经典的Water-Bomb折纸基本单元的基础上设计出具有单自由度的非汇交折叠单元的平面折痕,将基础折痕进行组合设计以及三维折叠设计,得到两种具有一定刚度且可实现折叠运动的立体单元：可折叠式移动副、可折叠式转动副。同时,由可折叠式转动副启发设计出一种可与基础非汇交单元相配合的软体驱动,并与两种立体单元进行组合,实现了对立体单元的稳定控制;在实验中发现,软体驱动对立体单元输入角的控制可同时控制立体单元的刚度。将两种立体单元进行串联,设计出能够实现完整跨步行走动作的折纸腿及步行机器人,并实现了机器人的行走仿真实验及跨越阶梯实验,得到折纸腿在跨越阶梯时的最大裕度,验证了两种变刚度单元在行走、跨步过程中的特殊性能。     

基于直线驱动的空间可展机构运动分析

将直线机构与折纸机构相结合,设计出一种新型空间可展机构,并对其进行运动分析。运用抽象思维将筝形纸板的四条边线抽象为构件,将相邻边线间的拐点抽象为转动副,提出一种二自由度筝形七杆机构,采用几何证明的方式,对机构执行构件实现直线运动的条件进行研究,结合运动支链为末端执行构件提供约束的本质,通过引入平行约束的方式,设计得到多种单自由度筝形直线机构。以筝形直线机构为基础构造可展单元,阐述模块化组成筝形直线可展机构的原理和过程。根据三浦折纸机构的运动几何特性和面对称性,在运动学分析的基础上,提出一种通过改变对称面上共线等距点的间距来实现机构折展的驱动方式,经由筝形直线可展机构予以实现后,建立整体空间可展机构的虚拟样机模型,研究机构的运动干涉问题及其影响因素,绘制折展率性能图谱,得到了该空间可展机构的折展率随着板厚h的减小和切除长度c的增大而增大的结论,为机构的结构设计和工程应用提供参考依据。     

构造仿生关节的 3自由度并联机构运动特性

论述用并联机构构造仿生关节的原理,讨论仿生关节的结构特点,分析生物关节的运动特性及控制特点。采用三自由度具有与生物关节相似机械结构的滑块式并联机构;对采用的并联机构进行结构原理设计。建立机构位置方程,建立基于智能控制的位姿变换矩阵。设计仿生关节机构的结构参数;应用数值解法对机构的结构参数作仿真,并对其结论作分析。     

刚性机构与柔性机构性质的探讨

简单介绍了柔性机构及其性质,分析和研究了由拓扑优化得到的力和位移反向器的典型模型,发现在模型构件为刚体条件下,模型的几何增益和机械增益能达到极大即力和位移的输出效率最大。以桁架机构的位移反向器作为基本模型,分析得到有关模型的几何增益的优化目标函数,对目标函数进行了数值优化计算,得到模型的尺寸参数,用结构力学的方法对得到的机构模型进行计算分析。     

广义机构及其概念设计

对广义机构及广义机构的概念设计的基本内容和方法进行了全面综述 ,通过对广义机构及其概念设计特点的分析 ,提出了广义机构概念设计的过程模型。基于广义机构的概念设计过程模型 ,进一步提出了广义机构概念设计的内容 ,并研究了运动与执行功能的分解、运动与执行功能的求解及创新解法、广义机构与传感检测子系统和控制子系统之间的系统集成、广义机构的建模和仿真等广义机构概念设计中的相关问题。     

煤矿救援机器人可折展水弹轮式结构分析与优化

设计了一种适用于煤矿井下救援机器人的水弹轮式结构,以提高救援机器人在复杂条件下的工作可靠性和非结构化环境下的适应性。提出以平行四边形为基本单元的水弹轮式结构径向运动学建模方法,研究不同基本单元水弹轮式结构的承载特性。基于连续介质损伤力学理论对轴向压缩载荷下平行四边形水弹轮式结构的疲劳寿命进行预测,以折展比为约束条件,以极限承载力、疲劳寿命作为评价函数对关键设计参数进行多目标优化。研究结果表明,在质量相同情况下平行四边形水弹轮式结构具有较好的极限承载力,优化后平行四边形水弹轮折展比、极限承载力、裂纹萌生疲劳寿命分别提高15.8％、40.7％、55.4％,水弹轮式结构的工作可靠性得到提高,实际疲劳寿命破坏区域与理论计算结果一致,试验结果验证了分析过程的准确性和优化方法的有效性。     

多功能折叠自行车的设计

折叠自行车作为短途代步和健身休闲工具具有其他交通工具不可替代的作用,为弥补现有折叠自行车功能单一的缺陷,设计了一种集自行车、轮椅、推车于一体的新型多功能折叠自行车。阐述了该新型折叠自行车的各关键构件的结构设计以及主要结构尺寸,如前后叉倾角、车架横梁总长、鞍座高度、脚蹬高度、车把高度等参数的选取。     

折叠式壁柜床的设计研究

根据目前国内小户型家居的发展现状,考虑小户型购买人群对家具的特殊需求,设计了一种折叠式壁柜床。该床的设计原理,即利用锥齿轮传动、丝杠机构、杆机构、弹性补偿装置实现床身的翻转折叠。为验证设计原理的可行性,进行了运动仿真。分析表明该装置结构合理、制造方便、节约空间、美化环境。     

折臂式随车起重机六边形吊臂结构的发展

折臂式随车起重机吊臂型式大多是六边形的.国内早期较常见的这种六边形吊臂的结构型式有4焊缝结构和2焊缝结构,这两种结构必须分别由4条焊缝和2条焊缝进行结构连接.随着随车起重机的发展,近几年出现了一种较新型的1条焊缝的六边形吊臂结构.对这几种结构型式吊臂的特点进行了分析和介绍.     

重整炉管破裂原因分析

就重整炉管给水段炉管破裂进行了分析研究，通过对破裂处的裂纹解剖、断口分析、金相分析、硬度测定及断口扫描电镜SEM的微观分析等手段分析了裂纹的成因，并提出了防护措施。     

相对相位叠加数据采样法及其应用

在高频周期信号测量中 ,传统的测试方法中一般是被测信号频率越高 ,要求测试设备采样频率越高 ,往往测试设备难以达到要求 ,文中提出一种相对相位叠加数据来样法 ,为低频测试设备测量高频周期信号提供了可能与依据 ,具有广泛的应用价值。     

大口径抛物面天线自动折叠技术研究

为了实现口径7 m抛物面天线雷达的公路运输不超限,把天线分割成9块。系统采用机电液伺服控制技术,以机电伺服缸作为天线折叠的驱动执行机构,以液压缸作为天线俯仰和旋转的驱动机构,以可编程控制器PLC的为伺服控制器,实现天线自动俯仰、展开折叠与锁固。试验及使用表明,该系统性能稳定、操作简单、阵面重复面精度高、锁定简单可靠,具有广阔的应用前景。     

刚性臂机器人自适应控制方法研究进展

综述了近年来刚性臂机器人自适应控制方法的研究现状，重点对应用于刚性臂机器人自适应控制的模型参考自适应控制、基于计算力矩的自适应控制和基于无源性的自适应控制等控制方法进行了分析比较，最后提出了今后应该研究的内容。     

管材激光弯曲的有限元分析

为了研究管材激光弯曲过程中的温度和应力情况,利用有限元软件ANSYS进行分析计算,采用APDL语言编写命令流,生成单元,模拟移动热源载荷.通过分析计算获取温度场,应力应变场的详细信息.分析结果表明管材激光弯曲成形过程中,管材先经历背向激光的弯曲,之后形成面向激光束的弯曲;最后,在加热位置内外表面会发生朝向外侧的凸起变形.