基于起跳稳定性的仿蝗虫八杆跳跃机器人设计

通过模仿蝗虫起跳过程中的后足胫节末端的直线运动轨迹和起跳稳定性，提出了一种仿蝗虫八杆跳跃机器人设计方法。建立运动学模型并利用天牛须搜索算法对机构的尺寸参数进行优化设计，优化后的八杆跳跃机构的等效胫节末端轨迹和蝗虫后足胫节起跳过程的末端轨迹吻合，基本为一条斜直线。基于拉格朗日方程对八杆跳跃机构的起跳动力学进行建模，并分析了身体所在杆的质心位置对起跳过程的影响，发现通过增大等效跗节杆的质量能提高起跳动力学稳定性。根据运动学和动力学分析的结果，设计了仿蝗虫八杆跳跃机器人，并利用高速摄像机搭建实验平台记录其起跳过程，验证了等效跗节杆的质量对起跳动力学稳定性具备有效的调节效果。     

一种仿蝗虫跳跃机器人的能量转换机制及跳跃稳定性设计

通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制了一种新型的可连续跳跃的机器人。在研究起跳过程能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下,完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。为进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力,通过建立蝗虫钩爪的抓附模型,分析了蝗虫在不同粗糙度表面起跳中脚垫与钩爪的协同作用,设计了黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构。     

仿袋鼠跳跃机器人运动和力传递性能研究

在仿袋鼠机器人机构模型的基础上,建立了跳跃过程着地阶段的运动学方程;通过关节空间与操作空间速度的变换关系,定义仿袋鼠机器人跳跃运动速度和力方向可操作度;以速度和力方向可操作度为性能指标,度量仿袋鼠跳跃机器人在操作空间中的运动和力传递性能,解释了袋鼠起跳瞬间小腿与地面垂直是为了保证有足够的运动和力传递的灵活性。     

可变起跳角度的球形跳跃机器人跳跃分析及其优化

针对跳跃机器人越障时自主控制与调整的局限性,设计了一款可变起跳角的球形跳跃机器人,该机器人采用C₆₀结构镂空外壳和平台调姿机构可实现变角度跳跃目标。通过分析机器人起跳、滞空、落地的运动过程,采用拉格朗日方程对机器人跳跃过程动力学进行建模。建立了起跳角对速度的影响方程,并针对单足跳跃过程,揭示起跳过程中打滑现象的产生与摩擦角之间的关系。基于机器人动力学方程,研究跳跃机器人面对越障时,与障碍物距离和起跳角度对跨越和爬升的影响。最后,利用ANSYS对其动力学进行仿真分析,有效保障了机器人跳跃任务的顺利完成,为球形跳跃机器人规划问题奠定了理论基础。     

液压四足机器人单腿竖直跳跃步态规划

针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题,面向竖直跳跃运动,以液压四足机器人单腿为研究对象,建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型,并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划;根据关节参数,通过运动学逆解求得驱动函数,利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真;搭建单腿实验平台,进行实验验证,依据得到的动态特性,分析步态规划的准确性及合理性,为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。     

人体跳跃机理运动学动力学分析

在分析人体下肢生理结构与跳跃运动特征的基础上,将人体下肢的跳跃模型简化为一个平面多刚体运动系统;对简化模型运用正运动学分析方法,建立了在跳跃过程中的下蹲相和起跳相时下肢各构件关节点、质心与总质心的位置、速度和加速度模型;在运动学分析的基础上通过采用Lagrange方法进行动力学分析,得到了跳跃过程中力与位置关系的动力学方程。为各种仿人跳跃机构设计提供理论基础。最后,用Workbench对在不同相时的脚部构件进行了静力学分析,得到不同相时脚掌的变形和应力分布。     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。     

基于松鼠腿部特性的跳跃机理研究与仿生设计

基于松鼠优秀的跳跃性能,分析其起跳过程中腿部的生理结构和运动机理,仿生设计出一种柔性跳跃机构。首先分析松鼠后腿骨骼、关节和肌肉的生物特征,建立生物运动模型,测量并分析起跳阶段各关节角度的变化规律。根据生物运动模型简化得到其机构运动模型,对模型进行运动学和动力学分析仿真,通过数值计算验证了运动模型的正确性。考虑松鼠后腿的弹性肌肉和柔性长脚在起跳阶段的重要作用,仿生设计一种柔性跳跃机构,通过虚拟样机的仿真分析,验证了机构的可行性,为进一步研究松鼠腿部变机械增益机构,提高跳跃运动效率奠定基础。     

仿蟋蟀机器人跳跃运动学研究

基于对蟋蟀的身体结构及运动的研究,提出了仿蟋蟀机器人跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地阶段的运动学方程,给出了机器人在跳跃过程中的运动姿态及躯体质心的运动轨迹表达式,建立了机器人躯体质心与关节转角间的微分运动关系及速度分析方法.结合实例对机器人进行了运动学仿真并对结果进行讨论.研究结果与生物学实测结果相近,从而证明了仿生跳跃机构模型的可行性和运动分析方法的有效性.     

跳跃机器人起跳姿态优化方法研究

提出了一种跳跃机器人起跳运动优化方法,分析了跳跃机器人惯性匹配与跳跃性能的关系。基于空间浮动基建立了跳跃机器人变约束动力学模型;运用惯性匹配椭圆和方向可操作度理论,优化起跳姿态。仿真和实验表明,惯性匹配椭圆是一种较好的跳跃机器人起跳姿态优化方法。     

某车载155 mm火炮射击稳定性仿真

车载大口径火炮的射击稳定性是其核心问题.借助ADAMS软件建立了某车载155mm火炮的虚拟样机模型,研究了射击过程中的动力学特性,尤其是车体的稳定性.研究表明,该火炮在最小射角射击时,前车轮跳起幅度很小,满足射击稳定性要求.     

单腿跳跃机器人轨迹规划

将单腿跳跃机器人简化成一个三杆模型,研究机器人跳跃过程中各个关节的运动轨迹问题,并在总结跳跃过程现有轨迹规划方法的基础上,运用参数化优化方法实现关节空间的轨迹规划,优化目标为机器人关节的控制势最小。将跳跃过程分解成开始段、腾空段、站立段和结束段,并对各段的关节轨迹分别优化,最后得到从静止状态开始起跳到着地后恢复至静止状态的整个跳跃过程的关节轨迹。     

机器人大臂机构的动力学研究

采用虚拟样机技术,准确地测算出机器人大臂机构在整个运动周期中各关节的动力学参数,进而采用有限元方式对主要构件进行了受力分析,对初步设计结果得出了准确的判断,并对存在的问题进行修正.     

仿青蛙机器人运动学分析

提出了一种仿青蛙机器人的机构模型及其运动学分析方法。基于青蛙生物结构的对称性,建立了仿青蛙机器人机构的平面机构模型;获得了该机构的运动学方程正反解和机器人跳跃过程中姿态调整的位姿与输入关节角的关系,分析结果符合青蛙跳跃的一般规律,最后通过实例计算进行了数字仿真验证。     

基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节设计与分析

为满足足式机器人跑跳等动态运动对关节柔性及其变刚度特性的迫切要求,借鉴生物关节柔性特征与主被动刚度调节机理,创新地提出了一种基于凸轮机构的新型变刚度仿生柔性关节。基于关节刚度特性分析,构建了关节整体刚度模型,并针对影响关节刚度特性的各结构参数开展了系统优化设计,研制出了一款紧凑型高集成度关节样机。关节样机性能实验结果表明,基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节具备理想的关节输出力矩与刚度调节范围,可通过关节固有刚度特性与动态刚度特性的主被动融合控制,实现关节瞬时刚度的动态非线性精确调节,能够满足机器人动态运动对关节柔性与刚度的需求。     

基于ADAMS的道岔清筛机挖掘变幅机构的虚拟样机设计

为了消除在物理样机试验时才能发现的潜在设计缺陷,在虚拟样机软件ADAMS中建立了道岔清筛机挖掘变幅机构的虚拟样机模型,对其进行了典型工况下的运动学和动力学仿真。仿真结果表明,机构的运动满足挖掘宽度、挖掘高度和限界的要求,变幅液压缸不存在"死点"现象,各构件之间无运动干涉,变幅液压缸的受力满足设计要求。应用虚拟样机技术验证了设计的正确性和合理性,为挖掘变幅机构的设计与试验提供了一种有效的新方法。     

基于产品族结构树的定制产品成本估算方法

针对现有的面向大规模定制的产品成本估算方法存在的缺陷和不足,提出了基于产品族结构树的定制产品成本估算方法。该方法是在产品族结构树的基础上将定制产品划分为公共零部件和个性化零部件,个性化零部件进一步分为标准件、外协件、相似件和新零件,针对不同性质的零件采用不同的成本估算方法。因此,定制产品成本估算的关键在于相似件和新零件的成本估算,其中,相似件采用基于实例的推理技术依据相似实例的成本进行估算,新零件采用基于特征的方法计算,最终确定定制产品的总成本。最后以MK2110内圆磨床为例,开发了包括成本估算功能的产品定制设计原型系统,验证了该方法的合理性。     

数控非接触式超光滑光学元件加工机床的设计

基于数控技术,提出了一种非接触式光学元件表面超光滑液体抛光方法.通过磨头中心孔为抛光表面提供抛光液,抛光液在磨头自转的带动下与光学元件表面相互作用,实现光学元件表面材料的微量去除,利用计算机控制抛光磨头的运动轨迹完成对光学元件表面的抛光.根据上述原理,设计和研制了数控非接触表面超光滑光学元件加工机床样机,样机直线运动轴最低进给速度为0.000 1 m/s,定位精度为0.008 mm;摆动轴最低转速为0.002 8 r/min,定位精度为15″.抛光实验结果表明,经过20 min的超光滑加工,熔石英材质光学元件上两点的表面粗糙度Ra值分别由加工前的1.03 nm和0.92 nm提高到加工后的0.48 nm和0.44 nm,显著提高了加工精度.     

吴茱萸致肝毒性部位在大鼠体内的多样性分析

利用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF MS）技术对吴茱萸肝毒性部位给药后大鼠胆汁、尿液、粪便中的原型成分及其代谢产物进行分析,共检测到23个原型成分和10个代谢产物。采用正离子MSE扫描模式采集质量范围m/z 50~1 200的数据,通过与UNIFI软件数据库比对,以及各成分的保留时间、精确的一级和二级质谱信息,结合化合物的裂解规律和已有文献报道,共鉴定出29个化学成分,包括23个原型成分和6个代谢产物。进一步由代谢产物逆向追踪原型成分,推测出可能的代谢途径。这些成分在体内的主要代谢途径有葡萄糖醛酸结合、硫酸酯化、甲酰基化、羟基化、去甲基化等。基本明确了吴茱萸肝毒性部位在大鼠胆汁、尿液和粪便中的主要存在形式及代谢途径,为揭示吴茱萸肝毒性物质基础提供了参考依据。     

凸轮活塞发动机虚拟样机运动仿真研究

应用三维建模软件UG,采用自下而上的建模方式建立了双曲面凸轮发动机的简化模型,在此基础上用ADAMS软件对建好的虚拟样机进行了运动学和动力学分析,得到了关键部件的位移、速度、加速度以及间隙对位移的影响,为双曲面凸轮发动机的设计和改进提供大量信息,有利于降低物理样机开发成本,提高发动机性能.