自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法

设计一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,该自重构机器人系统的基本模块由1个中心体和6个旋转面组成.根据模块的运动特征及棋盘规则的约束,以Oxy平面为例,分4种情况,研究并归纳出该自重构模块化机器人系统的可能运动空间.利用当前构型重心和目标构型重心之间距离的函数作为驱动模块运动的启发信息,根据每个模块自身的可能运动空间,并结合模块对目标位置的逐步填充方式共同完成系统的自重构运动规划.为了能快速完成该类自重构模块化机器人的自变形任务,定义模块的优先运动系数,规定模块的填充原则,将逐步填充式自变形算法进行一定优化,得出该类自重构模块化机器人系统的自变形方法.最后给出一个16模块自重构机器人系统的变形仿真实例,证明上述方法的可行性.     

自重构螺旋桨的机构设计及其水动力性能分析

针对目前普通螺旋桨推进效率偏低等问题,突破传统螺旋桨的设计理念,提出并设计一种新型的自重构螺旋桨,其桨叶能够根据划水的需要自动开闭。对所设计的自重构螺旋桨的结构进行综合分析,通过螺旋桨浆叶构态的分析,给出三种变形构态。假设螺旋桨在理想流体中匀速旋转,运用流体力学理论经过进一步推导得到桨叶运动轨迹,对自重构螺旋桨机构进行运动分析。根据新型螺旋桨系统的结构特点和工作原理,基于升力线理论和叶元体理论对其诱导速度、推力和转矩分别进行研究,建立自重构螺旋桨的水动力性能理论分析模型,并进行数值仿真。计算自重构螺旋桨的效率,与传统船舶用螺旋桨的敞水性能进行对比研究,研究结果证明了新型的自重构螺旋桨的优越性。     

自重构机器人自变形算法研究

设计了一种新颖的自重构机器人系统,其基本模块由正三棱柱主、从模块组成。自重构机器人需要完成从初始构型到目标构型的自动变形,而自变形算法就是用于计算自动变形的过程。文中的研究目的就是找到一种快速的优化方式来解决自重构机器人的自变形问题。为此,文中提出了基于机器人运动空间和模块几何结构驱动的自变形算法并进行性能优化,仿真实现了机器人从初始构型自变形为目标构型的过程。     

一种新型自重构模块的设计

文章论述了自重构机器人的类型,国内外的发展情况,并提出了一种新型自重构模块。讨论并分析了设计模块机构阶段所遇到的问题,特别是离合器的机构设计,以及必须遵守的两种状态。为了使控制简单,采用开关量控制,把旋转面对接机构设计为差动连接,并对该模块机器人的运动形式和步态作了进一步解释。     

一种新型自重构模块机器人的机构设计

提出了一种同构阵列式自重构机器人模块单元,该单元具有12个自由度,结构简洁、紧凑,控制方便简单,并且详细介绍了每个模块的机械结构。每个模块利用6个面上的销和孔组成自动锁定装置,通过与相邻模块问的交流和通讯,独立自主实现与相邻模块间的连接、分离。由多个相同模块组成的M-Cubes系统,通过模块之间的相互配合,改变它们之间的连接方式,形成空间任意结构。最后对M-Cubes机器人最基本的变形运动进行了分析,并且利用java3D进行了仿真。     

一种新型链式自重构机器人模块的设计

提出了一种新型链式自重构机器人模块的设计方法。该模块主要由移动机构、模块间的连接器、关节驱动机构、电力和驱动系统、通讯和控制系统以及感知系统组成,模块通过自重构后组成链式机器人,并能完成移动和越障的功能。对模块的设计主要采用了履带行走、形状记忆合金、谐波齿轮、传感器、集成控制芯片等技术,优化了模块的结构,提高了模块的性能。     

M-Cubes自重构机器人对接过程的变形分析

给出了M-Cubes自重构模块的实物模型,介绍了该实物模型的机械结构及对接特点;根据实物模型的特征用有限元对单个模块进行了建模。模块在对接及运动过程中,受外界因素的影响,会发生变形,采用有限元对模块进行了变形分析。通过对变形结果的分析,提出了模块可靠、有效、正确对接所遵循的必要条件,为M-Cubes机器人系统能成功地完成自重构运动提供了有效的指导。     

一种新型自重构模块机器人的设计和运动策略

设计了一种运动类型为网格型、运动空间为三维、被称为M—Cubes的新型自重构模块机器人，介绍了单个模块的硬件设计。M—Cubes模块由一个中心体和6个可独立旋转的连接面组成，中心体内部的驱动电机通过减速器、锥形齿轮、带轮、离合器来驱动6个连接面的转动及每个连接面上销的伸缩。在对模块进行恰当描述的基础上，给出了一种利用驱动函数的分布式控制方法。最后，利用Java 3D对变形运动进行了仿真，验证了该变形方法的可行性和有效性。     

自重构机器人变形过程运动学分析及越障仿真

自重构机器人根据任务环境的不同可实现自主变换构型。研究了直线蛇形变换为环形的重构过程,定义了单元模块的连接面与坐标变换矩阵,基于D-H方法推导并归纳了多模块由直线蛇形变换为环形的普适公式。利用多体动力学软件RecurDyn与MATLAB对模块构型变换中末端连接面的运动轨迹、速度以及加速度进行了仿真,验证了普适公式的有效性和正确性,准确地判断了末端连接面运动轨迹的变化与重构工作空间,估计了系统的稳定性,提高了对控制算法的认知程度。最后分析了环形构型的两种滚动步态,利用仿真验证了环形构型的越障能力。     

模块化自重构机器人的运动分析与仿真

在国外自重构机器人研究的基础上,设计开发了一种同构阵列式的模块化自重构机器人M-Cubes。此模块化机器人结构紧凑、运动灵活,模块间通过搭建成脚手架结构进行运动,可以组合成任意的构型。文章介绍了模块的脚手架结构运动方式,进行了运动学分析,推导出模块运动时的变换矩阵,并进行了逆运动学分析,说明了此脚手架结构的运动原理。在仿真平台上给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了模块结构和运动方式的有效性。     

基于变胞原理推进器的原理分析及改进设计

通过结合变胞原理,从概念上提出了一种新型高效节能推进器,并对其工作原理进行了阐述。通过分析发现其在原理上的缺陷,为此对机构进行了改进。分别通过CFX、Adams、Workbench分析,求得稳态下桨叶的受力,论证了推进器在运动原理、结构上的可行性。最后,通过计算求得其理想推进效率。     

复杂曲面螺旋桨实体模型参数化设计与分析

螺旋桨是一种特殊的复杂曲面零件,根据其结构特点和工艺要求定义参数化变量,推导出螺旋桨叶切面局部坐标系到全局坐标系的坐标转换公式,采用Matlab编程技术解决将不同图谱形式提供的叶切面几何参数应用到三维CAD建模过程的问题,通过Solidworks软件曲面放样、曲面缝合和曲面加厚等命令完成复杂曲面螺旋桨的实体造型,参数化...     

半转叶轮仿生推进器的控制系统设计及实现

半转叶轮仿生推进器是基于半转机构实现Weis—Fogh效应仿生原理的新型船舶推进器,其推进原理不同于普通的螺旋桨。为研究叶轮在多种情况下的运动效果,需要对叶轮转动状态进行控制。文中在实验控制研究框架的基础上设计了基于变频调速的软硬件控制系统,控制固臂两侧的叶轮异步工作。实际运行表明,系统运行稳定、安全可靠,电机同步精度高、响应速度快。应用该控制系统顺利地完成了新型推进器各项参数的测量实验。     

变胞机构理论与应用研究概述

阐述了变胞机构的特点及其结构学、运动学、动力学、控制、柔性建模及设计等若干理论问题。介绍了矢量法、矩阵法、指数积方法等几种运动分析方法,比较了Newton/Euler法、Lagrange方法、Kane方法、Roberson/W ittenburg方法、高斯最小约束原理法等几种动力学建模方法的优缺点,提出了变胞机构的几种控制方法和柔性变胞机构建模中存在的几个关键性的问题。最后概述了变胞机构的应用领域,展望了变胞机构的应用前景。     

无源磁浮流线型螺旋桨的超静音研究

桨机合一的机械结构，是将磁钢镶嵌在螺旋桨的叶片上，原动机由一个线圈代替，产生旋转磁场驱动螺旋桨，这样原动机产生的振动和噪声就不会出现，无源磁浮技术是利用永久磁铁的磁性力，与液体的非磁性力合理组合，共同作用在转子上，使转子与定子没有机械接触，从而没有机械磨损，同时转子的振动也不会传递给舰体。螺旋桨叶片的流线型设计是通过解偏微分方程求流体流过叶片的流面，然后根据流面设计叶片，使流道内没有液体的冲击和分离，噪声也大大减小。采用以上三项创新技术，作者试制的功率约1KW的样机，噪音减小至40分贝以下。     

螺旋浆式增氧机的设计

本文介绍了旨在提高溶氧效率,扩大搅水面积,增加溶解氧扩散速度,可使较大范围的水体快速均匀充氧的螺旋浆式增氧机的结构设计、增氧原理以及性能特点。经测试,该机达到了设计目的,现在已被广泛应用于水产养殖和曝气池污水净化处理。     

一种新型旋转伸缩机构的设计与分析

通过空间剪叉机构与旋转机构的运动特征分析,组合二者提出了一种新型的旋转伸缩机构,并阐述了其工作原理与驱动原理。根据空间剪叉机构的运动特点,采用坐标变换方法,分析了杆件节点的运动变换关系,建立了该旋转伸缩机构展开过程运动学模型。通过计算,可得到展开过程中结构上节点位置、速度和加速度的变化规律。研究结果为其动力学研究和机构运动控制提供了理论指导和技术支持。