新型内窥镜机器人动力学建模和特性参数优化

针对人体内腔粘液为非牛顿流体的特点,推导了非牛顿流体的变形雷诺方程,建立了螺旋内窥镜机器人在人体内腔中运动的数学模型.采用有限差分法分析了内窥镜机器人各特性参数对机器人形成的最小粘液膜厚度和轴向牵引力的影响,从而获得当需要较厚的粘液膜厚度和较大的轴向驱动力时最优的机器人特性参数,进一步为机器人更好地以较厚的粘液膜厚度和较快的速度悬浮式运行创造条件.内窥镜机器人的运行速度实验证明了此理论分析模型的正确性.     

不同螺纹下微型机器人的无损伤驱动方法

研究一种利用螺旋旋转产生牵引力的微型机器人驱动机构。详细分析计算了微型机器人在采用矩形和梯形圆柱螺旋时的轴向摩擦牵引力和最小粘液膜厚度。通过对比两种螺纹下微型机器人的运动特性参数，得到了微型机器人的优化结构参数。     

一种新型内窥镜机器人的特性参数研究

提出了一种新型可进入人体内腔和血管的内窥镜机器人，研究了各特性参数对该机器人轴向牵引力和动压粘液膜承载量的影响，从而为该机器人在内腔和血管中快速地悬浮式运行创造条件。     

医用微型机器人在三角形螺纹下的理论研究

针对无损伤医用微型机器人，在采用三角形螺纹下，理论分析研究了各螺纹参数对该微型机器人，轴向摩擦牵引力和粘液膜承载能力的影响，为使医用微型机器人更好地以较快的速度实现悬浮式运行创造条件。     

新型肠道机器人动力学建模和参数优化研究

针对人体肠道粘液为非牛顿流体的特点,推导了非牛顿流体的变形雷诺方程,建立了肠道机器人在人体肠道中运动的数学模型。采用有限差分法分析了肠道机器人螺旋槽参数对机器人动压粘液膜承载量、轴向摩擦牵引力和周向摩擦阻力的影响,从而获得了一组相对最优的机器人螺旋槽参数,使得肠道机器人可获得较大的动压粘液膜承载量和轴向摩擦牵引力,同时减小了其周向摩擦阻力。     

一种新型医用微型机器人的驱动研究

提出了一种新型可进入人体内腔和血管的医用微型机器人,理论分析研究了各参数对该机器人轴向牵引力和最小粘液膜厚度的影响,从而为该机器人在内腔和血管中快速地悬浮式运行创造条件.     

医用微型机器人螺纹参数的研究

研究了一种利用螺旋旋转时产生牵引力的医用微型机器人的驱动机构。详细分析计算了医用微型机器人在采用不同形状螺纹下螺旋时所产生的轴向摩擦牵引力和动压粘液膜承载量。通过对比不同形状螺纹下医用微型机器人运动特性参数的优劣,得出了医用微型机器人最为合适的螺纹参数。     

新型肠道机器人螺旋槽优化研究

提出了一种结构简单的新型肠道机器人的驱动机构,并建立了肠道机器人在人体肠道中运行的数学模型.采用有限差分法分析了肠道机器人螺旋槽参数对机器人动压粘液膜承载量、轴向摩擦牵引力和周向摩擦阻力的影响,从而获得了一组相对最优化的螺旋槽参数.     

不同螺纹下无损伤微型机器人的驱动研究

研究了一种利用螺旋旋转产生牵引力的无损伤微型机器人的驱动机构。详细分析计算了微型机器人在采用矩形、梯形和三角形圆柱螺旋时所产生的轴向摩擦牵引力和动压粘液膜承载量。通过对比三种螺纹下微型机器人的运动特性参数,得出微型机器人采用矩形螺纹最为合理。     

一种医用肠道机器人的理论分析与试验研究

提出一种结构简单的医用肠道机器人的驱动机构。利用弹性流体动压润滑理论,详细分析计算了肠道机器人在不同弹性模量、不同半径和不同粘液粘度的肠道内的轴向运行速度和形成的粘液膜厚度。结果表明,此种肠道机器人能以较快速度在肠道内悬浮运行。上述分析结果已被肠道试验研究所证实。     

运行环境特性对螺旋内窥镜机器人性能的影响

在研究双圆柱螺旋内窥镜机器人的基础上，本文提出了单圆柱螺旋内窥镜机器人设计方案。建立了螺旋内窥镜机器人非线性仿真分析模型。利用该模型，分析研究环境管壁弹性模量、管道直径、环境黏液黏度对机器人轴向牵引力以及形成的最小黏液膜厚度的影响。实验研究了环境管道几何特性对机器人平均运动速度的影响，为螺旋驱动器在血管机器人中的应用提供了重要的基础数据。     

医用内窥镜系统体内驱动方式的研究

提出了一种新型的医用内窥镜系统的体内驱动方式和相应的驱动机构。此方式利用螺旋旋转时产生的牵引力推动医用内窥镜系统在人体内腔中运行，同时利用螺旋旋转时产生的动压效应建立起动压润滑粘液膜，使医用内窥镜系统在体内运行时不与内腔壁发生直接接触。避免对人体有机组织产生损伤。详细分析计算了用此方法驱动的医用内窥镜系统在不同半径、不同粘度粘液和不同弹性模量的内腔中的轴向运行速度和形成的粘液膜厚度，结果表明，用此方法驱动的医用内窥镜系统在人体内腔中运行时可以形成足够厚的粘液膜把医用内窥镜系统与内腔壁隔开，实现以较快速度的悬浮运行。上述分析结果已被实验研究所证实。     

肠道胶囊式微机器人轴向磁拉力特性

提出一种以径向磁化的瓦状多磁极组成的圆筒式永磁体为外驱动器，以嵌入机器人本体内与外驱动器同磁极结构的永磁体为内驱动器的非接触式驱动控制方案。通过外驱动器的旋转产生旋转磁场，借助于磁机耦合作用，驱动机器人旋转并在其外螺纹表面形成的流体动压力作用下产生轴向推力，进而实现胶囊式机器人在肠道内旋进。基于等效磁荷理论，采用磁荷积分法建立了驱动器的轴向磁拉力模型，对驱动器磁极结构参数与磁拉力的关系特性以及磁拉力与机器人游动关系特性进行了理论与试验研究。     

压力测试平台在燃料泵送系统中的应用

针对燃料泵送系统存在的水击压力过大、气液分离不足以及汽蚀等问题，采用压力传感器和数字信号采集系统建立燃料泵送系统压力测试平台。根据测得的压力信号，对燃料枪关闭瞬间流量、管长、溢流阀调定压力以及主阀弹簧刚度对水击效应引起的峰值压力的影响进行研究，并通过频率分析方法和小波分析方法较精确地获得系统的气液分离值和临界汽蚀压力点。该测试平台不仅能实时可靠地对系统压力进行定量诊断与识别，同时还可以为燃料泵送系统的性能优化提供依据。     

基于流固耦合的管道机器人清淤装置外载荷参数优化

为验证管道机器人清淤装置的清淤能力,应用流固耦合和参数优化的方法,在刚度和强度约束条件下,对结构的许用载荷进行分析。建立管道机器人模型并进行简化,导入到ANSYS中并划分六面体网格,首先将模型进行流固耦合下的强度仿真,验证了流体对清淤装置的强度影响很小; 然后进入结构分析模块,应用参数优化的方法,以刮刀端部锥面受到轴向和切向外载荷为目标函数,以应力与应变为约束条件进行参数设置,对清淤装置的刮刀、扇形盘以及整体进行仿真计算; 得到目标函数与约束条件的关系曲线、轴向与切向可行域曲线。研究结果表明,流体对结构的强度影响极小; 轴向力许用范围0～5 000 N,切向力许用范围0～3 500 N,外载荷的可行域为研究清淤装置的清淤能力,以及过载保护系统具有指导性意义。     

Fuzzy theory based control method for an in-pipe robot to move in variable resistance environment

Most of the existing screw drive in-pipe robots cannot actively adjust the maximum traction capacity, which limits the adaptability to the wide range of variable environment resistance, especially in curved pipes. In order to solve this problem, a screw drive in-pipe robot based on adaptive linkage mechanism is proposed. The differential property of the adaptive linkage mechanism allows the robot to move without motion interference in the straight and varied curved pipes by adjusting inclining angles of rollers self-adaptively. The maximum traction capacity of the robot can be changed by actively adjusting the inclining angles of rollers. In order to improve the adaptability to the variable resistance, a torque control method based on the fuzzy controller is proposed. For the variable environment resistance, the proposed control method can not only ensure enough traction force, but also limit the output torque in a feasible region. In the simulations, the robot with the proposed control method is compared to the robot with fixed inclining angles of rollers. The results show that the combination of the torque control method and the proposed robot achieves the better adaptability to the variable resistance in the straight and curved pipes.     

基于Stewart构型的六维力/力矩传感器刚柔度性能研究

刚柔度是传感器的基本特性,是在工作空间中定量衡量其性能与结构参数间关系的重要指标.应用并联机器人机构学理论,对基于Stewart结构六维力传感器的性能指标进行理论推导,定义并分析了其刚度和柔度性能指标,为六维力传感器的优化设计和工程应用提供理论基础.     

轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承轴向磁力研究

为了解决轴向磁化永磁轴承磁力偏小的问题,该文设计了能充分利用磁能、具有更大轴向磁力的轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承新结构。基于分析磁环气隙磁导及稀土永磁材料特性,结合磁通连续原理和线性叠加原理,用虚位移法对气隙磁能求偏导,得到了该型永磁轴承轴向磁力解析模型。模型表明:轴向放置轴向磁化的多个永磁环轴承轴向磁力与磁环剩磁感应强度的平方成正比;轴向磁力随磁环的径向宽度、平均直径、磁环数及磁路总磁导的增大而增大,随磁环轴向平均间隙、径向平均间隙增大而减小。在一定轴向尺寸内,单个永磁环磁化方向的长度小,则磁环数增多,轴向磁力增大。经验证,模型计算值和实验值基本吻合。     

内外螺旋管道机器人性能分析和结构参数优化

数值比较了内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的轴向推进力、管道壁所受最大压力、液体对机器人的承载力和液体对机器人周向阻力矩与其外壳转速的关系,分析了内螺旋转速和外螺旋转速的变化对机器人轴向推进力的影响以及机器人外螺旋槽结构参数(槽口宽a2、 槽底宽b2、倾角α2、螺旋槽槽深h2、螺纹升角Φ2和螺纹线数n2）对机器人轴向推进力的影响, 并运用正交试验优化方法优化了外螺旋槽结构参数组合。结果表明：内外螺旋机器人单位有效体积的推进力和液体对其的承载力最大;外螺旋参数的变化对机器人性能的影响远大于内螺旋参数的变化对机器人性能的影响;机器人外螺旋槽结构参数和机器人轴向推进力成非线性关系。在管道直径和机器人内外径确定的条件下,一组最优的外螺旋槽结构参数组合为：a2=1.25mm,b2=0.75mm,α2=70°,h2=0.8mm,Φ2=30°,n2=10。