空心悬臂梁在SMA层驱动下的变形分析

基于经典的复合材料梁理论、Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,研究了矩形空心悬臂梁在SMA驱动下的变形特性,建立了结构应力、应变、位移求解的数学模型,通过数值计算揭示了SMA层对该类结构的驱动作用,分析了温度、壁厚度以及SMA残余应变的影响.研究表明,在马氏体向奥氏体转变过程中,空心悬臂梁在SMA层的驱动下产生显著的横向位移,SMA层厚度、残余应变是影响SMA的变形驱动性能的敏感参数.     

基于自适应算法驱动器的矿用机器人运动控制

为了使机器人能够更好地适应矿山的工作环境,代替人类执行地质探测、安全巡检等任务,设计一种矿用智能机器人运动控制系统。该系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统指的是作为运动控制载体的纵臂式弹性悬挂系统,它包括机械结构和伺服驱动系统两部分。软件系统主要是基于伺服驱动器的HD控制算法采用软件编程实现对机器人的运动控制。为了验证机器人运动控制的可行性,笔者对该系统进行了数学建模以及MATLAB仿真实验。为了检测该运动控制系统的实用性,笔者对伺服电机分别做了扭矩校核和速度仿真实验。实验结果表明,该系统结构简便,性能平稳可靠,适宜在矿山实际环境中工作应用。     

柔顺关节并联机器人优化设计

柔顺关节代替3-RRR平面并联机器人中驱动杆和连杆之间的传统转动副,形成新型的柔顺关节并联机器人。以并联机器人中柔顺关节结构参数为设计参数,以固有频率、最大应力等为约束条件,分别以机器人总变形能最大、机器人驱动力矩最小、机器人总变形能和驱动力矩绝对值倒数加权组合最小为目标进行优化设计,对优化设计前后的机器人性能进行分析对比,为柔顺关节并联机器人的实验研究奠定了基础。     

管道机器人的机构设计与通过性分析

分析了弹簧腿管道机器人的力学特性和适应范围,以及丝杠螺母管道机器人的力学特性和通过性。通过比较这两种机器人的优缺点,综合其特点提出了弹簧丝杠管道机器人的机构设计方法,并分析了该机器人的通过性。分析得知,该机器人在越过障碍时,可以始终与管道内壁紧密接触,不仅可以使正压力始终保持在合适的范围内,而且增大了越障的成功率。     

煤矿井下仿生机器人技术应用与前景分析

当前煤矿安全生产正面临着重大技术挑战,井下作业技术的智能化、无人化迫在眉睫,机器人化替代已成为重要解决途径。煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,从煤矿井下智能化、无人化作业需求出发,综述了目前掘进、采煤、运输、安控、救援五大类煤矿机器人国内外的应用现状。在此基础上,就国内外仿生机器人技术在煤矿作业中的应用现状做了概述,指出了煤矿仿生机器人技术与装备发展思路和研究方向。综述了仿生机构、仿生感知、仿生控制、仿生驱动和仿生材料等关键技术的研究现状,并阐述了仿生技术较现有设备的优势及可应用场景。结合目前仿生技术与人工智能技术的发展水平,科学分析了仿生机器人的发展趋势,包括:从传统驱动器向生物肌肉驱动器的发展,从刚性结构向软体和刚柔混合结构发展,由传统材料到新型生物材料发展,从单一运动模式向高机动多栖机器人发展,从传统控制方法向生物智能控制发展,从机电系统机器人向生物系统机器人发展,从单一机器人向集群机器人发展。结合仿生机器人技术的发展趋势,展望了仿生机器人技术在煤矿无人化作业中的应用前景:新型功能材料的应用,高效行走方式的应用,智能环境感知的应用,智能化自主作业的应用,为煤矿仿生机器人的开发利用提供参考。     

埋入SMA纤维的复合材料薄壁结构的主动变形分析

建立了具有主动SMA材料的各向异性单闭室薄壁截面梁的二维截面分析模型；SMA纤维沿任意β角铺设，含SMA纤维层合板材料性能由混合率进行预测；基于Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型，导出了SMA诱发的轴力、扭矩与弯矩的数学表达式。由建立的具有拉伸-扭转-弯曲静变形耦合的一般公式出发，讨论周向反对称刚度配置特殊情形并给出了简化的本构方程。数值研究结果表明:相变期间空心悬臂梁在SMA纤维驱动下产生较为显著的弯曲变形和扭转变形。调节SMA纤维的激励温度、改变复合材料铺层角、改变SMA纤维的含量和SMA的初始应变都能明显改善SMA的变形驱动性能。     

煤矿救援机器人及本安驱动系统的应用研究

介绍了国内外煤矿救援机器人研究现状,对救援机器人在煤矿井下实际应用情况进行了分析,指出了本安驱动条件下提升机器人动力性能是制约煤矿救援机器人实用化的关键,研究设计了基于液压合流的本安驱动系统,搭建了验证试验平台进行了在线测试。测试结果表明,该系统方法合理、可行,实现了本安条件下通过液压合流的方式进行功率合成,为进一步深入研究煤矿救援机器人提供了理论及参考依据。     

四段式轮-履结合煤矿井下探测机器人结构设计及越障分析

设计了一种四段式轮-履结合越障机器人。设计了越障机器人的整体结构,前肢采用轮式驱动,后部双翼采用结构型履带拖动,以轮-履结合的方式实现正向和反向越障;对所设计的结构进行合理的简化并进行越障方案分析;采用质心法对机器人进行越障可行性和最大越障高度进行分析,得出最大越障高度;最后通过实验装置进行越障实验,机器人顺利通过设定越障高度,验证了四段式轮-履结合机器人越障性能分析的正确性。     

综采工作面巡检机器人关键技术研究

目前国内许多煤矿应用了可视化远程干预型智能无人化综采,但是综采工作面内仍然需要1名工人进行巡检作业,为了实现综采工作面支架支护区域内真正无人,需要研究一种综采工作面巡检机器人,实现对综采工作面巡检人员的替代,适应智能综采的发展方向。在分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上,指出综采工作面巡检机器人研究目前处于起步阶段,提出了综采工作面巡检机器人研究需要攻克的5个方面的技术难题:综采工作面巡检机器人控制平台健壮性,行走驱动可靠性,移动通信稳定性,群组控制协同性,配套应用合理性。给出并具体分析了综采工作面巡检机器人发展所需的5项关键技术:柔性轨道技术,精准定位导航技术,高可靠控制技术,动态图像采集技术,三维采场模型构建技术。研制了一款综采工作面巡检机器人,以电池供电驱动行走机构沿刮板输送机电缆槽外侧的轨道实现快速移动,轨道之间采用具有一定承载能力的弹簧连接件实现柔性连接,综采工作面巡检机器人搭载惯性导航系统,三维激光扫描装置,红外热成像摄像仪,可见光摄像仪,无线移动终端等装备,可完成对综采工作面直线度、水平度检测,工作面精确定位,工作面点云扫描,采煤机运行状态巡检与工作面快速巡检等功能,并通过无线通信网络实现传感数据准确、快速传输至巷道集控中心。通过在神东榆家梁煤矿43101综采工作面应用,实现最大巡检速度60 m/min,辅助构建的工作面三维点云模型实测精度0.2 m,实现搭载惯导系统在宽360 m综采工作面直线度可控制在±500 mm。综采工作面巡检机器人在质量和电池续航2个方面仍需进一步研究优化,以满足实际生产需求。研究成果可为煤炭行业综采工作面巡检机器人技术的发展提供有益的借鉴。     

房柱式采空区探查蛇形机器人关键技术研究

针对煤矿房柱式采空区环境特殊性及不同探查任务的要求,提出了一种基于四面履带驱动方式的蛇形探查机器人,对其整体结构以及单个模块的驱动、连接单元进行了详细的设计,保证其具有良好的越障能力、抗倾翻性及狭小空间的通过性,通过仿真与实验,验证了所设计机器人结构及控制方法的有效性。     

平面二次包络环面蜗杆传动优化设计

针对平面二次包络环面蜗杆传动，运用优化理论和方法，对其进行了优化设计。结果表明，这种方法使蜗杆传动的设计更合理，更高效     

凹面齿圆柱蜗杆传动承载能力的精确计算

利用蜗杆传动的齿面啮合原理和弹性流体动力润滑理论,给出了利用计算机精确计算凹面齿圆柱蜗杆传动承载能力的计算方法。该方法为凹面齿圆柱蜗杆传动的优化设计奠定了基础。     

SMA在结构被动控制中的研究现状与存在问题

近年来形状记忆合金在结构被动控制领域中的研究和应用得到了广泛的关注.针对这一问题,阐述了形状记忆合金在被动控制方面的研究及应用现状,并指出了形状记忆合金在土木工程结构被动控制领域内应进一步研究的几个问题.     

基于Matlab的普通圆柱蜗杆传动的GUI设计

针对目前通用的普通圆柱蜗杆传动的两大主体,按符合蜗轮齿面接触疲劳强度、蜗轮轮齿弯曲强度及蜗杆刚度的三重准则进行了传动设计,并绘制设计流程图;基于此,运用Matlab软件进行了设计过程的图形用户界面(GUI)的实现,避免了传统方法中VB或C语言调用Matlab计算引擎时的接口连接问题;最后,给出了一个设计实例,证明了该GUI便于工程应用,能够在重复设计过程中减轻设计人员的劳动量,减少设计错误率,从而提高工作效率。     

Cu—Zn—Al形状记忆合金在汗液和海水中的腐蚀特性

以应用最为广泛的Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ基形状记忆合金为实验材料，以人工汗液和天然海水这两种记忆合金常接触的溶液为介质，利用动电位线性极化法和全浸挂片实验研究了Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ记忆合金的腐蚀行为和规律。结果表明：Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金经淬火处理后作为形状记忆合金使用时，其在汗液和海水中的腐蚀速率与退火态相比大大降低；其腐蚀特征仍是脱锌腐蚀。在温度和成分相同的条件下，合金的相结构对腐蚀速率有一定的影响。上述结果将对记忆合金的实际应用具有指导意义。     

带式输送机软起动装置蜗杆传动机构的自锁分析

阐述了蜗杆传动机构在机械电子式软起动装置中的作用,对影响蜗杆传动自锁性的主要因素进行了分析,并提出增强自锁的措施。     

电控万能自动冲压分度装置

介绍了冲压万能自动分度装置,说明了其工作原理。控制系统通过键盘的实时扫描获取零件的加工信息,步进电机驱动自动消隙高精度蜗轮蜗杆副,光电开关监控冲床滑块的移动位置,实时自动地控制驱动电机转动的时间和角度,支持不同工艺要求下的机床实时自动分度装置控制,支持零件的自动记忆分度和智能分度。该机构适用于任意形状、任意角度、任意等分或不等分冲压需要时的分度。     

轮履复合式煤矿井下环境探测机器人的结构设计及运动特性分析

针对矿难发生后煤矿井下环境的特点,结合目前轮式、履带式移动机器人运动机构的优点,设计一种8自由度用于煤矿井下环境探测的轮履复合式机器人。详细介绍了机器人的结构设计和运动特性。该机器人设计了四轮驱动装置以及三节式复合结构,具有较好的机动性能,较强的越障、跨沟能力和严格的防爆性能。     

关于变位圆柱蜗杆副设计中的几个基本问题

变位蜗杆副设计中的核心问题是,啮合参数的选择,特别是变位系数的选择。本文给出了“全啮出”和“全啮入”的概念。指出了变位蜗杆副是提高圆柱蜗杆副的承载能力、传动效率和减振降噪的重要技术途径.     

四螺旋轮无极绳调车绞车设计

针对传统无极绳调车绞车的不足,设计了新型的无极绳调车绞车,用4个螺旋轮带动钢丝绳运动,通过一级蜗轮蜗杆和一级开式齿轮减速。该绞车具有牵引力大,运输距离长,调车系统定位稳定,无需张紧装置,可双向作业等优点。