模块化双作用水压人工肌肉关节设计

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节。通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷。采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动。此外,进一步开展了双作用水压人工肌肉关节的模块化设计,为实现多关节串联扩展设置电、机械和水液压接口,设计传动丝的连接结构及空间布局,对紧凑化结构进行了强度分析。模块化双作用水压人工肌肉关节的设计能够为进一步研发多自由度水压人工肌肉机械臂奠定基础。     

水压人工肌肉水下驱动试验系统设计与试验研究

为了研究水压人工肌肉在水下的性能演化规律和可靠性,设计了水压人工肌肉水下驱动试验系统。根据水压人工肌肉样本型号,分析水压人工肌肉的力位移特性。设计不同收缩量时的水压人工肌肉循环载荷试验结构和弹簧参数。搭建水压人工肌肉水下驱动试验系统,对试验台进行基本功能调试。完成水压人工肌肉在斜坡信号和正弦信号两种工况下的调试,得到了水压人工肌肉力位移特性曲线。试验系统在加载和采集数据中可以正常工作,为下一步水压人工肌肉在水下的研究提供条件。     

三自由度并联气动柔性执行器工作空间的研究

针对三自由度并联气动柔性执行器的工作空间计算问题,对其工作空间的计算方法和评价标准进行了研究。对该类利用柔性结构和压缩空气实现运动的新型执行器进行了运动学分析。通过对其3个气动柔性元件以及两个圆盘组成的结构进行运动学关系的研究,得到了气动柔性元件的长度和执行器末端位置的数学关系。利用搜索法对该数学关系进行了数值计算,获得了该执行器的工作空间包络面,并对不同参数下的工作空间的变化特点和差异性进行了分析研究。研究结果表明,当选取工作空间的体积、最大工作半径以及最大弯曲角度作为衡量工作空间大小的指标时,上述3个指标均可随柔性元件伸长率k及安装结构参数S的增大而增大。该结论可以对该执行器的结构设计和理论研究提供指导。     

基于气动人工肌肉的六自由度运动平台

实现六自由度机构准确、稳定运动控制的关键在于执行元件的控制特性以及动力学模型的准确表达。在分析一般六自由度平台特性的基础上,建立了气动人工肌肉双三角六自由度并联运动平台,运用Matlab进行运动学分析,生成机构运动空间。对所建模型进行运动模拟,根据仿真计算数据得到气动人工肌肉的运动特性,进而提出控制方法。     

气动人工肌肉驱动灵巧手的设计与研究

针对气动人工肌肉推广应用的问题,提出了一种轻小型气动人工肌肉的制作方案,并对其不同压力下的力学性能进行了试验和测试。试验结果表明,该气动人工肌肉具有高收缩率和大输出力的特性。基于该气动人工肌肉的运动特性,设计了一款欠驱动的多自由度灵巧手,并进行了多项抓取实验,验证了其多种状况下的工作能力。基于气动人工肌肉的灵巧手具有适应性强和抓取力大的特点,对气动人工肌肉的应用和机器人末端执行器的开发具有参考价值。     

水压人工肌肉驱动喷水矢量推进系统设计与试验

传统喷水矢量推进系统的驱动器存在密封困难、易腐蚀、使用寿命短、结构复杂等问题。为了解决这些问题,开发了水压人工肌肉驱动的喷水矢量推进系统。基于水压人工肌肉调节关节转角的驱动方式,对二自由度喷水矢量推进系统进行设计,并建立水压人工肌肉工作压力与喷嘴偏转角度的对应关系,先后进行了喷嘴矢量调节试验和水下自航试验。喷嘴矢量调节试验结果显示,当人工肌肉压差分别为0.310,0.614,0.898,1.158,1.386,1.584 MPa时,喷嘴实际偏转角度为13.56°,21.66°,33.24°,44.21°,52.80°,56.88°,试验结果与理论计算结果平均偏差为10.8%。水下自航试验表明,水压人工肌肉作为驱动器不仅能够满足喷嘴偏角矢量调节的要求,同时能够实现喷水矢量推进机器人的矢量运动,为研发能耗低、结构紧密的水下智能装备提供了新的思路。     

足式机器人轻量化液压驱动执行器质量建模及灵敏度分析

液压驱动执行器是航空航天、机器人和工程机械等高端移动装备中的核心执行元件,是液压系统的“肌肉”。对液压驱动执行器进行轻量化设计是提升上述高端移动装备的续航能力、机动性和承载能力的主要途径之一。以适用于足式机器人腿部关键驱动的液压执行器为研究对象,首先建立执行器各部件精确质量模型。然后,采用可以定量评估参数对模型影响的基于Sobol的全局灵敏度分析方法,并结合蒙特卡洛数值模拟方法增强其分析效率,揭示了质量参数变化对执行器质量的影响规律,最终得到了影响液压驱动执行器质量的关键参数,并通过系统建模验证了灵敏度分析结果的准确性。同时,所采用的分析方法为通用方法,可对不同液压驱动执行器进行质量建模并进行灵敏度分析,为其轻量化设计提供重要理论参考。     

锯齿状气动软体执行器设计与分析

提出一种由3D打印技术和硅胶浇筑技术相结合的锯齿状气动软体执行器，对执行器的弯曲角度与气压的关系进行数学建模，通过单轴拉伸实验对材料参数进行测定，利用ABAQUS软件对影响执行器弯曲性能的因素进行有限元仿真，并对不同因素参数组合下的执行器弯曲位姿和运动区域进行分析，从而获得各因素综合作用下的最佳参数组合。搭建实验平台，对最佳参数下的执行器弯曲角度和运动区域进行实验测定，验证了建模的准确性。     

水压马达的研究进展与展望

水压马达是以淡水或海水为工作介质,并能将水压能转换为机械能实现连续回转运动的水压执行元件,在水压传动系统中有着广泛的应用。本文对国内外在高速水压马达,如水压柱塞马达、水压叶片马达,以及在低速大扭矩的径向柱塞多作用内曲线水压马达方面的研究成果进行综述,并对其发展前景进行展望,供水压传动的研究人员参考。     

直线电机驱动水液压柱塞泵运动规划及仿真分析

水液压柱塞泵是水液压系统的关键元件,由于水介质的理化特性差异导致其泄漏、摩擦磨损、腐蚀、气蚀等现象比油压柱塞泵严重,为解决传统斜盘式水液压柱塞泵流量脉动大的问题,提出了一种新型的直线电机驱动水液压柱塞泵结构。通过研究恒流量直线电机驱动柱塞泵的可行运动规划,选取了直线电机以三角波间隔T/4相位差的运动方案,以实现双直线电机双作用水压柱塞泵实际输出较小的流量脉动。应用AMESim软件,构建了两种不同配流方式的双直线电机双作用柱塞泵系统的仿真模型。仿真发现,柱塞配流电机柱塞泵相比阀配流,其压力和流量脉动很小,其压力脉动幅度小于2%,流量脉动率仅为0.008。     

FAST液压促动器仿真分析与试验研究

根据FAST望远镜对主动反射面变形驱动的要求,介绍了一种液压驱动方案并给出不同工况的实现方法。建立了液压促动器的AMESim仿真模型,研究了跟踪与随动工况下的运动特性。通过搭建的试验样机及测试平台,对跟踪与随动工况进行了试验验证。对比可知,该液压促动器方案设计合理,两种方法的性能一致性较好,满足相应指标要求。同时结果表明仿真可为样机开发提供可靠设计参数,提前预知多项动态性能。     

基于AMESim的带自动回中功能液压系统研究

 针对矢量喷管控制系统在故障状态回中的需求,在液压系统作动器设计中引入回中小孔,设计了具有自动回中功能的出口面积调节作动系统。该系统的自动回中功能不需控制系统控制,也不需提供外力即可实现作动器的自动回中。给出了自动回中功能的工作原理,并对系统的工作原理和零组件特性进行了理论分析;根据实际所应用的面积调节系统建立了液压系统的AMESim仿真模型,利用不同工作模态下转换阀和作动器等液压元件的仿真参数对模型参数进行了优化;将有回中小孔系统和无回中小孔系统的数字仿真结果进行了对比,并分析了影响回中位置的因素。仿真结果证明了引入回中小孔的有效性,并且回中后位置精度满足使用要求,运动平稳,在零位附近没有显著震荡现象;表明了回中小孔与活塞之间的开口度越大,回中时间越长,且回中位置误差越大;进油口的孔径越大,回中时间越快,但回中误差也相应变大。同时,数字仿真给出了回中小孔的具体设计参数,对工程研制具有一定的指导意义。     

黏性流体环境中压电宏纤维致动柔性结构的流固耦合振动特性及试验

柔性结构与周围流体的耦合作用机制广泛应用于仿生机器人、水下航行器、精密仪器及生命医疗等领域。具有驱动变形大、防水性好且柔韧性好的压电宏纤维（Macro fiber composite,MFC）致动器是水下柔性结构变形控制的首选。建立MFC内部致动弯矩和水动力载荷共同作用下柔性结构的流固耦合动力学模型。对粘贴MFC致动器的柔性结构特征截面进行计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）分析,得到不同振动特征频率下柔性结构周围流场、压力分布及所受水动力载荷,分别拟合得到MFC致动柔性结构水动力函数的实部和虚部表达式。结果表明柔性结构水动力载荷的附加质量和阻尼效应都随着振动频率的增加而减小。在等振动特征频率下,MFC致动梁结构水动力函数的实部大于匀质等截面梁的实部;在高振动频率下其水动力函数虚部同样大于匀质等截面梁。试验测试了MFC致动柔性结构的水下振动特性,试验所得MFC激励下柔性结构末端稳定振动的幅频特性和相频特性与建立的耦合动力模型相吻合,证实了所建立MFC致动柔性结构的水动力函数及流固耦合振动模型的有效性。     

高空作业车液压系统故障诊断的研究

对高空作业车的结构和工作原理进行分析,在此基础上建立变幅和回转液压系统故障树,并对变幅和回转液压系统回路关键点参数进行在线监测。建立变幅和回转液压系统故障树,对故障产生的原因进行定性分析。利用传感器、单片机、液晶显示器等监测回路关键点参数变化,通过监测参数对液压系统故障进行定量分析。通过故障树和监测结果,快速排除高空作业车在工作过程中的故障。该方法可以帮助维修人员快速查找液压系统故障,为其他液压系统故障诊断的研究提供参考。     

类磁栅液压缸集成位移传感器信号预处理方法

针对类磁栅液压缸集成位移传感器结构特点,为提高液压作动机构的液压缸位移测量精度,对类磁栅液压缸集成位移传感器信号预处理进行研究。首先,对包含直流分量、毛刺干扰、各次谐波分量等多种信号成份的响应信号进行描述;其次,对高通滤波器进行建模和仿真分析,得出了高通滤波器有效滤除直流分量的工作条件;最后,为克服已有脉冲滤除方法的缺点,提出了一种新型脉冲干扰在线滤除方法。实验表明:该方法可有效地提高类磁栅液压缸集成位移传感器信号预处理精度,对提高多种新型液压作动机构的液压缸位移测量精度具有实际的应用价值。     

负载口独立控制双联阀建模与特性分析

 为解除液压执行元件进出口之间的联动,提出了一种负载口独立控制双联阀,基于2个单元体阀芯错位组合,能实现负载口的独立控制。根据其工作原理,建立了阀控缸数学模型,进一步利用MATLAB/Simulink搭建了数值求解模型,对该阀在3种不同工况下的工作特性进行了分析。分析结果表明,通过对阀芯角位移和线性位移在工作行程零位及行程末端附近的联合控制,分别可实现微小流量稳定控制和大流量快速响应控制;阀芯角位移单独控制时,负载流量与之成正比,具有良好的线性流量增益效果;阀芯线性位移单独控制时,相同供油压力下能获得最大的负载流量和活塞位移。该阀具有较高的流量控制精度和灵活性,可为复杂工况下流量和压力的匹配补偿控制提供新思路。