基于实验模型的气动人工肌肉位置控制研究

针对目前气动人工肌肉数学模型建模过程较为复杂的问题,提出一种气动人工肌肉的实验模型辨识方法。以气动人工肌肉-质量系统为实验对象,对其输入气压与气动肌肉收缩量之间的关系模型进行实验辨识研究。采用欠阻尼二阶系统来描述气动人工肌肉充气与排气过程的动态响应,并利用实验数据对模型参数进行辨识。最后基于辨识得到的模型进行气动人工肌肉的位置控制,实验结果验证了模型的有效性。     

气动柔性按摩机械手爪的设计与实现

针对传统按摩机器人的末端执装置功能单一、柔性不足、形体较大的问题,从中医按摩手法参数出发,利用气动肌肉柔性驱动器,设计一款能够实现按、振手法功能的柔性按摩手爪。掌部是由硅胶材料制成的气囊"触手",根据真空阻塞原理实现气囊的变刚度,并在柔软特性的基础上提高了手掌承载力。基于Yeoh超弹本构模型,对不同壁厚气囊变形进行仿真分析并确定参数值。通过压缩刚度和手法力度测量实验,对手掌气囊的变刚度性能进行测试,得到手法力度与气压的关系,并确定合理的气压范围,为实际使用提供参考。     

气动人工肌肉驱动的直线关节的研究

气动人工肌肉是一种由气压驱动的收缩型气动橡胶执行器,本文以一对气动人工肌肉驱动的直线关节为研究对象,将气动人工肌肉视为变刚度的气动弹簧,推导出气动人工肌肉直线关节系统的两种驱动模型,并对其驱动特性进行实验仿真研究。实验结果表明气动人工肌肉直线驱动关节具有与弹簧相似的驱动特性,为气动人工肌肉驱动直线关节的应用打下基础。     

变腔室气动软体机械手结构设计与实验

采用自制的变腔室气动驱动器设计了一种柔性三指机械手,通过依次改变驱动器的腔室结构提高柔性手爪的变形和刚度。建立变腔室气动软体驱动器形变模型,分析腔体鼓包变形与腔内气压关系,并进行仿真分析和静力学实验,获得不同气压下的变形特性和不同触点的正压力。进行了不同形状和尺寸物品的抓取实验,结果表明:该三指机械手具有较好的柔性和灵活性,变腔体结构的驱动器可以提高软体手爪的变形和夹持力。     

气动人工肌肉静态特性实验及模型仿真研究

由于受到材料、端部结构、内部摩擦力等因素的限制,建立准确的气动人工肌肉数学模型十分困难。针对气动人工肌肉的内部摩擦力和橡胶弹性力,建立了比理想模型更加符合实际的改进数学模型。根据DMSP型气动人工肌肉的结构与特性,设计并完成了基于LabVIEW的静态特性实验。经过对比分析实验数据与应用MATLAB仿真得到的理想模型曲线和改进模型曲线,研究了橡胶弹性力与摩擦力对气动人工肌肉轴向收缩力的影响,为下一步拮抗关节和控制方法的研究打下基础。     

气动单向弯曲关节柔性手指静力学特性实验研究北大核心

某气动单向弯曲关节柔性手指由人工肌肉和弹性钢板并联组成,弯曲变形时具有大变形和非线性特点,静力学模型十分复杂且不利于控制。为便于实时精准控制,进一步简化手指静力学模型,并对其静力学特性进行实验研究。搭建静力学实验平台,对单肌肉驱动和双肌肉驱动两种不同驱动类型的柔性手指在不同限位面和等外载荷工况下分别进行夹持力和弯曲角度的对比实验。利用MATLAB对实验数据进行处理分析,得到手指夹持力和弯曲角度的经验模型。结果表明:气动单向弯曲关节柔性手指夹持力与弯曲角度、工作气压和驱动肌肉数目之间存在非线性关系;与静力学理论模型相比,该经验模型具有更高的精度,夹持力模型预测误差能控制在0.76 N内,弯曲角度模型误差可控制在6.9°内。     

弱刚性叶片双面电解加工流场对工件变形的影响研究

为了分析双面电解加工的流场对弱刚性叶片变形的影响,开展了双面不同加工间隙条件下的流场仿真,结果显示:当工件两侧存在加工间隙差时,流场在工件两侧会产生液压差,引起工件形变。为验证仿真结果,开展了基于应变片的加工变形实验,实测了不同加工间隙差时的工件变形情况,结果表明:随着间隙差值的增大,工件变形量不断增加,这与仿真结果一致。最后,进行了工具往复振动条件下的工件变形实测实验,进一步分析了工具往复振动对工件变形的影响。     

气动仿人柔性灵巧手工作空间分析与抓取实验

采用自主研发的气动柔性关节,仿人手外形研制了一种新型柔性灵巧手。该机械手为人手的1.5倍,每根柔性手指由两个气动柔性关节组成,通过调节关节内气压控制手指形变实现机械手抓取物体。利用三维运动捕捉系统和机械手气动实验平台进行了不同气压下柔性手指的运动学实验,分析了机械手工作空间,并进行了机械手抓取实验。实验结果表明:该机械手具有较好的柔性和物形适应性可实现多种抓取模式和完成不同类型物体抓取;五指握取时可抓持最大物体直径为220 mm,最小物体直径为50 mm,质量为1 kg的物品。     

编织型气动人工肌肉几何特性研究

以McKibben型气动人工肌肉为研究对象,对编织型气动人工肌肉工作机理进行了研究,建立了考虑端部有径向约束的气动人工肌肉几何模型,并对所建模型进行数值分析。通过与理想圆柱模型的对比,所建模型从理论上能更精确描述气动人工肌肉的工作特性,这对建立更加精确的气动人工肌肉模型有着重要的意义。     

影响数据手套力反馈的因素分析

针对设计的基于气动人工肌肉的外骨架式力反馈数据手套,分析影响力反馈的各种因素.对制动气囊的最大静摩擦力进行了理论计算,并对制动气囊充放气过程对力反馈的影响进行了实验研究.对手指关节自由运动时受到的阻力进行测量.由于阻力会对力反馈产生影响,提出了减小影响的方法.分析由于手指皮肤的变形引起的角度变化对力反馈的影响,并通过实验分析了人的反应对力反馈的影响.     

聚氨酯橡胶硬度对薄壁三通管内高压成形的影响

以外径为Φ24 mm、壁厚为1.5 mm、长度为120 mm的H85黄铜管为例,以壁厚增减量不超过30％为合格品作为前提,以生成最大支管胀形高度的橡胶硬度为最佳参数,结合胀形实验和有限元仿真共同分析了60～90 HA范围内7种不同硬度的聚氨酯橡胶棒对等径三通管成形质量的影响.研究结果表明:随着橡胶硬度的逐渐增大,支管胀...     

管端约束对薄壁铝合金管材充液弯曲的影响(英文)

对薄壁铝合金管材的充液弯曲进行数值模拟与实验研究;讨论内压与管端约束对成形结果的影响;分析在管端约束的情况下充液弯曲过程中管材典型点的应力状态。结果表明:在充液内压较高的情况下,管材内侧的起皱现象得到减轻;但是,当内压超过管材发生塑性变形的内压时,管材会在弯曲合模过程中被挤出型腔。由于管端约束而产生的拉应力抵消了弯曲过程中内侧的压应力,管端约束情况下弯曲质量更好。     

考虑实际工况的湿式离合器动密封装配间隙分析方法

湿式离合器动密封装配间隙是车辆传动系统中的重要装配要求,直接影响车辆运行性能与行驶安全。为保障实际工况下其装配间隙符合设计要求,基于有限元分析方法与雅可比旋量理论,提出考虑实际工况的湿式离合器动密封装配间隙分析方法。针对某湿式离合器动密封装配间隙问题,计算转动状态下的最小装配间隙分布区间,并定量分析各载荷变形对装配间隙的贡献度。结果表明：实际运行状态下最小装配间隙分布区间为[-0.022,0.098] mm,与设计要求[0.025,0.207] mm严重不符;采用装配后再对内孔精加工的工艺对贡献度为74.22%的配流套内孔过盈装配变形进行调控后,最小装配间隙分布区间提升至[0.027,0.139] mm,符合设计要求,车辆运行性能得到有效保障。     

Elasto-plastic finite element analysis of squaring circular tube

The flow rule of Prandtl-Reuss was adopted and incremental elasto-plastic finite-element analysis formulation of Coulomb＇s friction law combining the finite deformation theory was established, and Lagrangian formulation for simulating the squaring process of circular tube was updated. Incremental Coulomb＇s friction law was used in the global stiffness matrix to solve the sliding-sticking state of friction at the boundary contact interface. During the squaring process, the linear factor rmin was adopted to solve the non-linear boundary problems of changing node contact and separation, elasto-plastic transient situation in an element and the non-linear constitutive behavior of material so as to make each reasonable increment of the punch meet the demand of calculation for linear increment. The squaring process of circular tube, load distribution and final shape of work piece after unloading were simulated by this mode and compared with research data. It is known that the circular tube with higher geometrical ratio （R/t） could be pressed into symmetric square tube without collapse. This result can provide reference for the analysis of this process and evaluation and improvement of product defects.     

Deformation analysis of double-sided tube hydroforming in square-section die

In this paper, in order to explore the deformation behavior of double-sided tube hydroforming in square-section die, effect of external pressure on the critical effective strain was theoretically analyzed firstly. And then a special experimental setup was designed for double-sided tube hydroforming in which the difficulty of simultaneous loading was overcome using two independent intensifiers and servo controlling while the sealing of external pressure was guaranteed by the O rings assembled in the interfaces of mandrel/base plate and outer cylinder/base plate. Furthermore, 5A02-O aluminum alloy tubes with outer diameter of 63 mm and thickness of 2 mm were investigated under different external pressures varying from 0 to 80 MPa. At the same time, numerical simulation was conducted using the Abaqus/Explicit software. It is shown that increasing of external pressure has an effect on the fraction of grain boundaries, the number and size of the microvoids and the microhardness in the transition zone, and thus increases the critical effective strain in the transition zone. It can be concluded that the deformation ability of the transition zone is improved by the external pressure in double-sided tube hydroforming of square-section. This investigation shows that double-sided tube hydroforming is a potential forming method for the fabrication of lightweight hollow structures using the tubes with low ductility.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变

研究了TiC颗粒增强钛基复合材料增强颗料和基体之间的不均匀形变,得出颗粒和基体之间的形变过程中产生形变摩擦阻力,通过弹塑性力学计算出的TiC/Ti界面上颗粒阻碍基体变形力为TiC强度的0．6倍,阻碍基体中滑移的进行,使基体得到强化。另一方面,当界面上的形变应力同基体的某个晶面形成位错源时,可放出位错环,使应力得到释放,同时增加基体的位错密度,位错互相缠绕形成胞状亚结构,强化基体。     

Ta—10W衬管与钢管段的爆炸复合

研究了Ｔａ－１０Ｗ全金衬管与ＣｒＮｉＭｏ钢管段的爆炸复合，观察了爆炸复合界面，讨论了装药量与管段变形量的关系。分析了爆炸复合对管段力学性能的影响，结果表明，取相同条件下平板复合炸药厚度的６０％左右作为圆内复工艺参数的方法是可行的，在装药质量比Ｒ＝０．８条件下，已将０．４ｍｍ厚Ｔａ－１０Ｗ合金衬管可靠地内复在ＣｒＮｉＭｏ钢管段内，结合界面是波状结合。     

不锈钢管力学性能的拉伸试验

通过单向拉伸试验获得7种规格的21-6-9不锈钢管及3种规格的321不锈钢管的基本力学性能参数,21-6-9不锈钢管强度高、塑性差,其力学性能特征不利于拉深、弯曲等塑性成形;与21-6-9不锈钢管相比,321不锈钢管强度低、塑性好。分别通过弧形试样拉伸试验和管段试样拉伸试验,获取了Φ1.25mm×0.02mm厚的规格21-6-9不锈钢管的力学性能参数,发现由管段试样获得的延伸率大于弧形试样获得的延伸率,其屈服强度及抗拉强度略小于弧形试样获得的屈服强度及抗拉强度。由于弧形试样拉伸过程中,试样受到的并不是单向应力状态,因此管段试样获得的结果更准确。     

Deformation and Thermal Processes That Occur during the High-Speed Collapse of a Bulky Copper Cylindrical Shell

A bulky copper cylindrical shell with an internal diameter of 118 mm and a wall thickness of 5.9 mm has been exposed to an explosion of a cylindrical explosive charge uniformly distributed around it. A cylinder with a diameter of 57–58 mm has been obtained as a result of high-speed deformation caused by the explosion. A metallographic analysis of the cylinder structure shows that the shell collapses under the influence of axially symmetric radial deformation, which is accomplished by both twinning and sliding mechanisms. It is determined that axial deformation occurs along with the radial deformation. The microstructure of the cross-section consists of three zones. A wide annular deformation zone is formed on the outside, an annular recrystallization zone is formed closer to the center, and a circular region with a dendritic structure is formed at the center. The presence of dendrites indicates that the temperature at the boundary of this region reaches the melting point of copper. The temperature change along the radius of the cylinder has been calculated.     

考虑约束影响的金属圆管径向压缩试验研究

为了研究约束条件、压头尺寸等外部因素对金属圆管径向压缩力学性能的影响,采用圆柱形压头,对6组钢管试件进行径向压缩试验,对比分析结构变形、承载力及吸能特性;试验结果表明：V形约束的设置对钢管的塑性变形模式有显著的影响,延长了钢管内凹曲塌陷变形接触行程,使接触点两侧腔体封闭效果得到较大提高;结构承载力、平均压溃荷载及总变形能与约束体角度、压头直径、V形体间距成正比,与加载速率成反比。最后针对石油井井喷失控抢险救援,提出了一种新型内防喷装置的结构设计方案,可实现管柱内、外同时阻喷、事后处置更加安全、便捷的目的。