航天服柔性单关节测试系统的研究

为了评价中国航天服手臂柔性关节的灵活性,设计了航天服柔性单关节测试系统。系统采用外置式直接测量方法,具有两个移动和一个转动自由度。两个移动自由度由导轨-滑块机构来实现,转动自由度处安装有光电码盘测量关节的转动角度,末端安装有力矩传感器测量关节阻尼力矩。该系统结构简单、活动性能好、操作方便。     

考虑迟滞行为的重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究

重型车辆原地转向阻力矩是影响其转向系统设计与控制性能的关键参数之一,精确可靠的阻力矩模型对提升转向驱动系统的设计水平、稳定性与控制能力有重要作用。为建立可精确复现实际转向工况的阻力矩模型,将轮胎转向时胎面单元变形产生的弹性迟滞摩擦力与Maxwell迟滞模型结合,提出考虑轮胎迟滞行为的原地转向阻力矩模型,可对轮胎任意换向下的阻力矩进行有效预测。基于重型车辆单轴转向系统测试台,试验探究转向频率、转向角幅值和垂直载荷对阻力矩的影响规律;基于典型迟滞行为设计系统转向角输入,明确原地转向阻力矩模型对擦除特性、多值特性、同余特性和返回点记忆性的复现能力与其实际迟滞行为。试验结果表明,该模型可以复现擦除特性、同余特性和多值特性的典型迟滞行为,这与标准迟滞系统一致,具有普遍性,但重型车辆转向阻力矩在返回点记忆特性上存在特殊性,即仅在轮胎回转角大于蓄力角度时才表现出良好的返回点记忆特性。综上可为重型车辆原地转向阻力矩研究提供有价值的模型参考。     

舱外航天服手臂逆运动学算法研究

介绍了三自由度舱内航天服手臂逆运动学计算所采用的查表法,分析了将其直接扩展应用于五自由度舱外服手臂逆运动学计算时面临的问题.从算法原理、内存占用量和计算量三方面进行改进,提出了一种适用于五自由度舱外服手臂逆运动学计算的查表法.最后通过图形工作站验证,所提出的查表法计算精度高,而内存占用量和计算量为改进前的几十分之一,完全满足测试系统的要求,证明了算法的有效性.     

压电驱动晶体的特性研究

压电陶瓷迟滞特性是影响压电陶瓷驱动器位移输出精度的主要因素。在仔细研究现有的解决方案的基础上，采用Preisach模型对压电的迟滞性进行建模，并进行了相应的实验研究。实验结果证明该方法可以很好地降低压电陶瓷迟滞特性对位移输出性能的影响。而且采用压电陶瓷位移输出不回复到初始0电压状态的处理方法能够更地吻合实际情况。     

重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究

轮胎原地转向特性对转向系统设计匹配至关重要。针对原地转向阻力矩经验公式不能描述转向阻力矩和轮胎转角之间关系这一问题,对轮胎原地转向阻力矩进行了实车测试,并将Lugre模型引入原地转向阻力矩的分析中,得到了很好的一致性。试验和分析表明:轮胎原地转向阻力矩和车轮转角呈非线性关系,阻力矩随着车轮转角的增加逐渐增大,最终趋于一个定值。该研究对重型车辆液压助力转向系统的匹配设计、安全性和可靠性提供了一定的理论依据和试验参考。     

平板车转弯阻力矩的研究

对平板车全轮转向过程进行了分析 ,给出计算其转弯阻力矩的实用方法 ,并举例进行说明     

角度伺服阀芯阻力矩的测试与研究

就新型液压伺服关节中内置伺服阀芯阻力矩问题进行了探讨.在理论分析的基础上,建立了伺服阀芯阻力矩测试的实验系统,应用支反力法测得了实验数据,并对测试结果进行了比较分析,得出了摩擦阻力矩与系统压力的关系曲线,为选择合适的步进电机,进而进行结构设计打下了基础.     

航天服等张力体关节有限元动力学分析模型的建立与验证

研究航天服等张力体关节的活动特性,并提供关节优化设计的方法。在前人对关节有限元分析基础上,根据柔性单关节测试设备的原理,运用Lsdyna软件建立了航天服等张力体关节的有限元模型,分析了关节运动形态,计算得到了关节力矩-角度关系,并进行实验验证。等张力体关节有限元模型的精度相比于前人的模型有所提高,该模型能够准确反映关节实际运动过程中的几何形态变化,其力矩-角度关系与实验测得的数据基本一致,在测试的0~80°运动范围内,关节力矩值较小。等张力体关节具有良好的活动性能,且建立的有限元模型可用于进一步对关节特性分析及优化设计。     

履带底盘机械原地转向阻力矩研究

履带底盘机械原地转向能力是履带底盘机械重要性能参数。传统算法是将产生转向阻力矩的作用力简化为大小相等或呈线性关系的作用力,使得转向阻力矩计算结果不准确。因此,提出履带起重机转向阻力矩较为准确的计算方法,对于履带机械行走机构选型及提高履带机械的控制和操作性能具有重要意义。     

基于六自由度机器人的航天服性能参数测试

介绍了一种基于六自由度测量机器人的航天服性能参数测试系统的测量原理，基于机器人运动学和静力学原理建立了随动式机器人和舱内航天服（IVA)三自由度手臂软关节的数学模型，分析了机器人的工作空间，有效地证明了测试原理的正确性。     

空间机械臂关节力矩传感器的研制

为了实现空间机械臂的主动柔顺控制,成功研制了一种基于电阻应变原理的新型关节力矩传感器。该传感器采用轮辐式弹性体设计,具有机械过载限位保护和温度补偿等功能。通过ANSYS软件的有限元分析,验证了其结构设计的合理性和良好的线性特性。对力矩传感器进行标定实验,结果表明其静态指标满足设计要求。     

压电驱动器的非线性模型及其精密定位控制研究

压电驱动器的非线性特性和迟滞特性是影响微动平台定位控制精度的主要因素。采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模，利用建立的Preisach模型进行开环精密定位控制和作为PID反馈控制的前馈环节的研究。实验结果表明，该模型能够有效地降低非线性迟滞特性对压电驱动器位移输出精度的影响，提高驱动器的动态响应特性。     

螺栓连接接口轴向振动能量耗散特性研究

根据螺栓连接接触面的轴向接触微观特征,将接触面的接触方式分为峰-峰接触和峰-谷切向接触,提出了螺栓连接轴向振动的动力学模型。在假定接触面出现简谐运动条件下,推导出接口阻尼力的解析表达式和接口能量耗散的关系式。该式表明,轴向振动单位周期内的能耗包括粘性阻尼和干摩擦阻尼能耗两部分,这两部分能耗都与振动幅值和固有频率的平方成正比。粘性阻尼能耗与频率比和阻尼比成正比,干摩擦阻尼能耗与接触面峰-谷切向接触压力与总压力之比成正比,而与振动幅度和压缩位移比成反比,与接口的拉压刚度比成非线性关系。     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

为了实现对磁致伸缩和压电材料迟滞特性的描述,建立高精度前馈补偿系统,对Preisach模型一阶回转曲线的预测方法进行了研究。首先,介绍了一阶回转曲线及经典插法预测一阶回转曲线的基本原理,着重指出线性经典插值法对Preisach模型一阶回转曲线的预测存在不足;其次,在此基础上,利用非线性变换的思想,提出了辅助线法预测一阶回转曲线;最后,实验比较了超磁致伸缩材料（giant magnetostrictive material,简称GMM）与压电陶瓷（piezoelectric ceramic transducer,简称PZT）两种迟滞情况下,辅助线法和经典插值法对迟滞一阶回转曲线的预测结果。实验结果表明：在GMM迟滞下,对任意一阶回转曲线的预测数据,辅助线法的均方根误差（root mean square error,简称RMSE）最大减少为经典插值法的14.22％;对所有预测数据,辅助线法的RMSE减少为经典插值法的29.42％;在PZT迟滞下,对任意一阶回转曲线的预测数据,辅助线法的RMSE最大减少为经典插值法的18.18％;对所有预测数据,辅助线法的RMSE减少为经典插值法的41.07％。辅助线法对一阶回转曲线的预测精度整体高于经典插值法,且迟滞效应的非线性误差越高,预测精度较经典插值法越优异。     

舱外服大循环量引射器优化设计与实验研究

为进一步提高舱外航天服供氧通风能力,对其引射器进行优化设计。采用一维气体动力学模型建立喷嘴控制方程;根据实验结果确定喷嘴等熵效率,设计缩放喷嘴;采用3D打印技术加工不同结构的引射器;利用氮气进行常压引射实验,研究挡板位置、喷嘴类型与喷嘴出口位置(Nozzle Exit Position,NXP)等结构参数对混合流量的影响,寻找最优的引射器结构。研究表明:挡板位置对引射器混合流量的影响与喷嘴类型相耦合。前移挡板,亚音速引射器混合流量可提高56.90%以上,而超音速引射器则降低12.08%以上。将渐缩喷嘴换为缩放喷嘴,混合流量可以提高1.81倍以上;对于挡板前移的亚音速引射器,则可提高36.90%以上。所有亚音速引射器均无法满足当前性能要求。然而,对于超音速引射器,对于所有的NXP,在典型工况下引射器循环量均可满足要求;存在最优的NXP使得混合流量最大。NXP为6 mm时,超音速引射器混合流量最大,为144.83 L/min(工作流绝对压力为0.503 MPa);在全工况下(工作流表压为0.30～0.55 MPa),混合流量可至少提高1.59倍。设计的最优引射器测试结果均满足性能要求。     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

针对汽车车身减振降噪需求,开发新型复合黏弹性阻尼材料。基于经典的自由阻尼和约束阻尼耗能原理,提出了一种含弹性约束的具有剪切和弯曲复合耗能机制的复合阻尼层结构。基于层间位移连续关系和薄板理论建立了阻尼复合板的位移方程和应变能能量方程,针对局部阻尼敷设及四边简支边界条件,结合假设模态法,推导出了复合阻尼板的运动微分方程、振动频率特征值方程等,求解得到了复合阻尼板的固有频率及损耗因子。复合阻尼层可用于研究单相材料不同参数特性及多相材料性能对比,且随着弹性层的上移,减振性能越好。复合耗能机理公式的推导,也为其在汽车上应用提供理论依据。     

球笼式万向节承载转矩的研究

球笼式万向节的承载转矩能力是衡量其产品设计水平的重要指标，本文在万向节通用转矩方程下，以Hertz接触应力理论为基础，从理论上推导出了球笼式万向节承载转矩的计算公式，并在给定的许用载荷下求出了球笼式万向节系列的静态转矩、瞬时作用转矩以及额定工作转矩。