柔性杆连接的仿壁虎机器人结构设计

设计并研制具有柔性元件的可采用人造壁虎脚掌吸附材料的足式仿壁虎机器人结构。针对采用人造壁虎脚掌吸附的足式爬壁机器人,仿照生物壁虎设计基于连杆的仿壁虎机器人结构,进行运动原理分析,对机构进行简化,以及自由度计算。设计相应的运动步态,选用对角线步态实现机器人的直线行走以及转弯动作。为简化机构并使运动柔顺,采用柔性杆作为仿壁虎机器人的身体连接件,通过对机构自由度的计算,分析机构的可行性,并结合静力学分析对柔性杆的选择进行讨论。在Adams软件环境下建立虚拟样机进行仿真和测量,对各关节的受力情况进行分析。通过实物样机爬行试验,验证了设计的有效性和可行性。     

不同电压幅度刺激下大壁虎脚趾黏附-脱附力测试

爬壁机器人在民用、军事、航天等领域具有重要的应用,基于范德华力的仿壁虎干黏附爬壁机器人有着多环境适应性的优势。壁虎脚趾不同内收与外翻幅度下黏-脱附力对于研制仿壁虎黏附爬壁机器人具有重要的指导意义。通过对肌肉电刺激,不同的电压幅度将产生不同的动作幅度,进而影响黏附-脱附力。为了更好了解大壁虎运动时后脚第三趾脚趾黏附-脱附力与肌电间的关系,将麻醉后的大壁虎左右后脚第三趾分别放置在电磁屏蔽箱内的三维力传感器上,通过电刺激观察壁虎脚趾趾关节肌的收缩舒张来观察其黏附-脱附状态,并采集相应力信号。实验结果表明,壁虎脚趾的脱附力随着刺激电压的增加出现先增加后减少的过程,而其黏附力则是逐渐增加直至趋于平稳,说明壁虎脚趾有一个高黏附-低脱附的区间,即黏附力最大而脱附力最小,为仿壁虎黏附爬壁机器人脚趾的研制和控制方案的设计提供了有效的参考依据。     

仿壁虎机器人地壁过渡步态规划与运动仿真

针对传统仿壁虎机器人空间运动能力不足、空间运动步态方法的可行性问题,基于仿生学原理,设计了一种具有腰关节的每条腿具有三个自由度的四足仿壁虎机器人,对仿壁虎机器人的结构进行了正运动学和逆运动学的分析,建立了各关节角度和机身空间坐标系下各参量之间的关系,在地面与墙壁交角为90°的工况下,根据其关于纵向平面对称的结构特点提出了一种对称式地壁过渡步态方法。在Matlab软件上对该步态方法的可控性进行了评价,利用各关节角度与各参量之间的函数关系编程得到了地壁过渡过程中各关节角度、角速度曲线,并在Inventor环境下进行了运动学仿真实验。研究结果表明,各关节角度、角速度均在允许范围内,且角度函数一次连续,验证了结构的合理性和步态的可行性。     

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。     

一种仿壁虎机器人侧向地壁过渡方式及步态

壁虎身体沿脊椎轴的两个方向都具有很好的柔性,为实现多种地壁过渡提供了可能,然而壁虎更乐意采用侧向过渡方式。由于所研制的仿壁虎机器人结构的体长方向刚度远高于体宽方向刚度,因此其侧向地壁过渡是一种较好的方式。采用软件联合仿真,提出并规划了一种侧向地壁过渡步态方式,并得到其过渡时的步态运动序列和各关节旋转角度。     

仿壁虎爬壁机器人的结构及其控制系统研究

该文主要对仿壁虎爬壁机器人的结构以及其控制系统进行了介绍和讨论.仿壁虎爬壁机器人采用对称式的结构,采用形状记忆合金丝作为仿壁虎机器人的驱动元件.利用单片机对形状记忆合金的通电加热进行控制,从而实现对仿壁虎爬壁机器人的运动控制.该机器人结构简单,外形尺寸小,重量轻.     

基于LPC2103的仿壁虎机器人控制系统设计

仿壁虎机器人要实现空间三维表面运动能力,对控制系统的智能微小化具有更高要求。本文基于大壁虎的结构和运动特点,设计了一种仿壁虎机器人,其硬件采用以LPC2103为核心的机器人控制系统,利用该芯片的4个定时器,产生12路PWM波控制机器人各关节运动,同时与设计的无线通信模块组成完整的仿壁虎机器人运动控制系统。实验结果表明,仿壁虎机器人的12自由度关节运动控制平稳,能够实现稳定爬壁运动。该仿壁虎机器人控制系统在实时计算能力、存储容量、外设扩展性以及小型化上都有着较好优势。     

考虑拓扑柔性脚趾的仿袋鼠机器人着地特性分析

根据袋鼠的生物结构特性,建立了具有柔性脚趾的仿袋鼠跳跃机器人刚柔混合模型,并对柔性脚趾结构进行拓扑优化。分别采用拉格朗日法和有限元方法对刚性构件系统和柔性脚趾系统建立子系统动力学模型。结合实例,利用MATLAB进行了计算和仿真,结果表明:采用拓扑柔性脚趾可以实现机器人预期运动的同时,有效缓解地面冲击与振动,降低机器人各关节的驱动力矩,实现脚趾落地能量积蓄和起跳释放的功能,提高机器人的起跳能力和运动平稳性。     

仿壁虎机器人的步态设计与路径规划

对仿壁虎机器人的步态规划问题进行探讨,在观察分析大壁虎爬行方式的基础上,总结出1324、伪1324以及对角线三种步态,并简要介绍不同步态规划之间的区别,最终选择对角线步态作为仿壁虎机器人的爬行步态。在此基础上设计仿壁虎机器人的直线位移步态规划和原地转弯步态规划。针对仿壁虎机器人的单足路径规划,根据步态规划结果将每一条步行足的运动过程分为支撑相和摆动相两种状态,通过对路径约束条件的分析,用多项式逼近的方法分别得出仿壁虎机器人单足路径支撑相和摆动相的一般性表达式,为计算关节控制量提供相应的依据。最后结合实际研制的仿壁虎机器人对步态路径规划进行实例仿真分析,得出支撑相和摆动相的位移时间关系,证明用多项式逼近的方法生成的路径曲线具有良好的起落特性,为仿壁虎机器人的稳定姿态爬行移动控制提供了理论依据。     

基于三维力反馈的仿壁虎机器人单腿运动控制

分析了仿壁虎机器人机构,建立机器人单腿的运动学模型,并通过代数法求逆解.静态标定三维力传感器并计算分析了传感器解耦矩阵,设计了力信号放大和滤波电路.建立足端黏附材料的弹簧模型,采用增量式关节运动方式,设计了足端三维力反馈控制算法.在Quanser的半实物仿真平台上验证了三维力反馈控制算法.实验表明仿壁虎机器人对足端三维力控制性能良好,三维力反馈控制算法可行,为具有力感知的仿壁虎机器人实现爬壁运动奠定了实验基础.     

仿竹涂层的设计及其应力场

对竹的显微结构进行了分析，并建立了仿竹梯度涂层的数学力学模型，根据此模型设计了一种仿生梯度涂层，并进行了有限元接触力学分析，得到了Mises应力场与剪应力场，结果表明梯度涂层可应用于受弯曲载荷作用的场合，具有比其它涂层优越的特点。     

基于形态发生学的仿生结构设计的研究

论述了机械设计过程与生物发育过程之间的相似之处 ,特别是机械结构设计过程与生物胚胎发育过程之间的相似性 ,指出借鉴生物胚胎发育的规律 (形态发生学 )实现装配结构设计自动化的可能性 ,并从计算机实现的角度提出了可行的步骤和方案 ,利用此方案可实现装配结构的自顶向下设计     

一种高频气流换向阀的设计与性能测试

为了实现气流流向的高频转换,设计了一种高频气流换向装置,该装置采用步进电动机驱动,通过调节电动机的转速来调节气流流动方向的转换频率。通过对该装置的性能测试表明：能够在较高的压力下实现气流流动方向的高频转换,并且具有工作平稳,噪声小等优点。     

离心式压缩机的性能测试与计算

介绍了离心式压缩机的性能测试与流量、压力、内功率的计算过程，并作出了评价。     

螺杆钻具试验台数据采集系统设计

在介绍螺杆钻具试验台硬件框架的基础上,着重阐述了基于计算机的性能测试数据采集系统的实现方法和软件设计。     

仿生骨支架微观孔结构的构建与评价

在分析人体骨微观孔结构和影响支架性能因素的基础上,提出仿生骨支架微观孔结构的构建与评价方法。基于多约束背包问题模型的结构,以椭球体作为构建微观孔结构负模型的单元体,利用混合遗传算法求解微观孔结构的负模型;并将孔隙率和连通性作为约束条件,以保证仿生骨支架具有生物活性。通过不含微观孔的支架模型与负模型之间的布尔运算,构建含有微观孔结构的仿生骨支架模型。以支架的孔隙率、孔间的连通性、孔分布的均匀性、孔道的扭曲度和支架的比表面积作为评价指标,建立仿生骨支架微观孔结构的评价体系。基于支架微观孔结构的负模型,提出支架的孔隙率、连通性、均匀性、扭曲度和比表面积的计算方法,以实现对仿生骨支架微观孔结构的评价与优化。通过上述方法构建的仿生骨支架具有良好的生物活性、较好的力学性能以及均衡的降解速度。     

基于性能配置的机械手结构/控制并行设计

针对高速、高精度机电一体化系统的设计要求,研究了单臂机械手机械/控制并行设计的方法,提出了包含结构参数和控制参数的性能配置优化模型。在此基础上以系统一阶自振频率和系统控制能量指标为目标函数,采用SQP方法同时对机械参数和控制参数进行了优化设计。     

汽车变速箱性能检测系统的设计

随着汽车工业的迅猛发展 ,变速箱作为汽车的重要传动部件 ,其操作性、传动性与安全性日显重要 ,因此本研究所研制和开发了“汽车变速箱性能检测系统”。本文首先从整体上介绍了该系统的构成 ,其次详细论述了信号测试系统的测试参数和测试原理 ,最后详细介绍了软件系统的体系结构以及各子系统的功能 ,并对子系统间并发性的解决方案进行了讨论     

高速滚珠丝杠副综合性能试验台的设计

介绍了滚珠丝杠副综合性能试验台的设计,包括主要技术指标、机械结构、主要功能部件的选择、功能原理和软件结构的实现.     

汽车碰撞试验导向机构设计与分析

设计和分析了一种新的用于汽车碰撞试验台的导向机构。通过力学模型的建立和分析，探讨了安装高度、导向夹紧程度、导向与车轮摩擦因数等在导向功能中的影响，提出了导向机构及安装工况的优化设计准则和参考计算方程，经算例和在几十次不同类型汽车的碰撞试验中的应用证明，该导向系统能够很好的满足导向要求，并具有结构简单、可靠性强、可调节性强、不需在车辆上附加牵引结构等优点。该导向机构设计原理及分析方法可以为类似的轮式物体推进式传动的导向机构设计提供参考。