基于抓持稳定度的多指灵巧手抓持控制

提出了一种控制多指灵巧手稳定抓持物体的新方法。首先给出了接触稳定度和抓持稳定度的定义及其相应的计算方法,然后探讨了基于抓持稳定度的多指灵巧手抓持控制方法。最后以北京航空航天大学的BH-2新型三指灵巧手为背景,对所提出的方法进行了仿真验证,仿真结果证明所提方法是有效可行的。     

力封闭虚拟手抓持规则研究

针对航天员虚拟训练虚拟手抓持操作中传统的碰撞检测和几何约束抓持规则判定标准简单、仿真效果不理想的问题,在力封闭判别和稳定静力抓持模型的基础上,提出了力封闭虚拟手抓持规则,实现了通过力与力矩计算判别是否抓持成功。并设计了两组抓持试验,从抓持接触点、被抓持物体材质等角度对抓持规则判定进行验证,结果证明该抓持规则可根据抓持手姿、被抓持物体材质,通过受力模型对抓持是否成功进行判别。通过力封闭计算制定抓持规则的方法,使抓持更符合实际抓持,为基于物理的虚拟手抓持研究提供了一种方法,可以应用到航天员虚拟训练虚拟手抓持中。     

球面螺旋槽动静压气体轴承动态特性试验

根据轴径偏离稳态平衡位置进行变位运动时气膜力的变化规律,建立气膜刚度和阻尼系数的计算矩阵方程,使用滚动迭代算法计算气膜瞬态刚度和阻尼系数。分析升、降速阶段气体轴承在周期1、周期2和混沌运动过程中瞬态刚度和阻尼的振动特征,研究气膜涡动和振荡的力学机理,以改善气体轴承动态特性、减小气膜涡动和振荡,提高气体轴承运行的稳定性。结果表明:通过气膜刚度阻尼系数变化特征可以判断转子的运行状态。当气膜力波动,刚度阻尼系数出现周期性波动变化,引起气膜振荡;当气膜瞬时刚度系数波动幅值增大10倍以上,轴承转子接近临界失稳进入混沌运行状态;当气膜刚度阻尼系数发生畸变,轴承出现碰磨失效。     

硅微陀螺平板结构的压膜阻尼研究

压膜阻尼对硅微陀螺的精度具有重要影响。平板结构是硅微陀螺中一种典型结构,本文通过对雷诺方程的推导,得出平板在正弦规律小振幅刚性运动时的阻尼力解析式,并给出低频时阻尼系数的近似算法。利用Matlab和CoventorWare软件对运动平板的阻尼进行仿真计算,得出运动平板的阻尼系数和刚度系数,并分析平板参数对阻尼系数及刚度系数的影响。建立不同类型的带孔平板模型,通过比较可以看出,当阻尼孔按一定方式排列时,可以降低结构的阻尼。     

基于能量等效原理的颤振机理及颤振导数识别

桥梁和风是相互作用的流固耦合系统,风对桥梁的作用效应可以分为阻尼效应和刚度效应。首先基于能量等效原理将Scanlan线性颤振自激力分为纯阻尼效应项H_1~*、A_2~*,纯刚度效应项A_3~*、H_4~*和既有刚度效应又有阻尼效应的双重效应项A_1~*、H_2~*、H_3~*、A_4~*。将颤振自激力进行积分运算分别求出其阻尼效应项的做功时程和刚度效应项的无功时程并从功能角度对经典耦合颤振驱动机理进行了研究,最后通过将耦合颤振微分方程转化为功能方程形式,提出了一种基于自激力瞬时做功的颤振导数识别方法并证明了该方法的可靠性。     

转子-定子系统碰摩可靠性灵敏度研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子-定子系统碰摩的动力学方程,进行了旋转机械转子-定子系统的碰摩可靠性灵敏度分析,应用Kronecker代数,矩阵微分理论,四阶矩技术,矩阵摄动理论,概率统计方法,可靠性理论和灵敏度技术系统地发展了转子-定子系统碰摩的可靠性灵敏度分析方法,研究了转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度对可靠度灵敏度的影响,并给出了数值分析解.     

抓持接触力的空间分解及计算

机器人灵巧手抓持和操作物体所需要的力来自手指与物体之间的接触力。本文在静力学范围内研究对于给定的抓持和操作任务，如何简便、有效和最优地确定抓持接触力。首先将接触力空间分解为４个互补子空间，用于空间的维数判别可控与不可控接触内力。继而提出一种确定各子空间基的简单方法，将接触力分解为４个分量，并将其写成物理所受外力和手指关节力矩之间的显函数，达到减少最优变量和保证优化结果可实现的目的。文中用两个数值算例显示了方法的简便和有效。     

基于直升机地面共振要求的起落架刚度及阻尼优化设计

为给出满足直升机地面共振稳定性要求的起落架刚度及阻尼的优化设计方法,首先构造机体无阻尼时其非稳区的模态阻尼比函数,据此给出机体模态非稳区临界转速的计算方法,结合与旋翼摆振后退型模态共振转速下机体模态阻尼比的计算方法,给出了满足地面共振稳定性的机体固有频率及阻尼要求。然后,根据支持在起落架上的机体自由运动模型,建立机体模态频率及阻尼与起落架刚度及阻尼的关系,从而给出满足直升机地面共振稳定性的起落架刚度及阻尼要求。最后,基于上述稳定性要求,在满足着陆缓冲性能要求的起落架刚度及阻尼范围内,以减小起落架需用阻尼且增大机体最小模态阻尼比为优化目标提出了对其刚度及阻尼进行优化设计的方法,并通过对某型直升机4种不同重量重心状态下的起落架刚度及阻尼进行优化验证了该方法的可行性。     

柔性转子动力学特性及支承结构安全性设计

叶片飞失极限状态下,航空发动机转子系统承受冲击载荷和大不平衡载荷,载荷通过转子结构传递到支承结构,对支承结构造成严重损伤。从安全性的角度看,需要对航空发动机轴承-支承结构在极限载荷下的承载能力进行有效的定量评估。提出一种新型缓冲阻尼支承结构,通过对支点刚度突降和高阻尼设计,实现在止推轴承支点处大幅降低横向冲击载荷的影响。建立考虑支承结构刚度突变和阻尼特性的转子系统动力学方程,并计算突加不平衡激励下,转子系统支点动载荷分布的变化规律。结果表明:通过优化设计支点刚度和阻尼参数,缓冲阻尼支承结构,能够有效降低突加不平衡激励下止推滚珠轴承的支点动载荷,提高支承结构的安全性。     

弹性环式挤压油膜阻尼器油膜力特性研究

计算分析了弹性环式挤压油膜阻尼器（Elastic Ring Squeeze Film Damper缩写为ERSFD）的油膜力特性,从求解ERSFD油膜力控制方程出发,计算分析了油膜刚度和油膜阻尼特性,并与SFD的油膜刚度和油膜阻尼特性进行了分析比较,结果表明ERSFD油膜力特性与SFD相比得到了较好改善,还从理论上计算分析了影响ERSFD油膜力特性的主要因素。     

OPTIMUM GRASPING PLANNING FOR MULTIFINGERED DEXTROUS HANDS BASED ON THE ASYMPTOTICAL STABILITY

ＯＰＴＩＭＵＭＧＲＡＳＰＩＮＧＰＬＡＮＮＩＮＧＦＯＲＭＵＬＴＩＦＩＮＧＥＲＥＤＤＥＸＴＲＯＵＳＨＡＮＤＳＢＡＳＥＤＯＮＴＨＥＡＳＹＭＰＴＯＴＩＣＡＬＳＴＡＢＩＬＩＴＹ￥ＹａｎｇＹａｎｇ；ＬｕＺｈｅｎ；ＺｈａｎｇＱｉｘｉａｎ（ＲｏｂｏｔｉｃｓＲｅｓｅａ...     

欠驱动指爪机构的被动弹性元件参数优化设计

欠驱动指爪机构具有抓取不同目标物的自适应性,可满足操作任务的多样化需求。其欠驱动特性使得被动弹性元件的参数对抓取性能的稳定性和自适应能力有很大影响。若弹簧刚度选择过小,欠驱动指爪的稳定性会降低;若弹簧刚度选择过大,指爪的自适应能力会下降。因此,本文基于抓取状态平面法,对欠驱动指爪的被动弹性元件参数进行优化设计。首先,在欠驱动指爪静力学分析的基础上,建立弹簧刚度与驱动力的平衡方程。然后,通过对不同抓取模式拓扑转换的定量分析,获得欠驱动指爪与目标物之间不同的接触状态;同时为了保证稳定抓取,考虑了不同抓取模式下指爪弹性元件刚度与驱动力矩的参数匹配关系。在此基础上,基于抓取状态平面法建立被动弹性元件刚度与机构稳定区域关系的解析表达,并基于稳定区域面积最大化的思想,进行弹簧刚度的最优设计。最后,基于不同的抓取状态模型对弹簧刚度进行了优化设计,为后续欠驱动指爪机构设计和控制应用奠定理论和技术基础。     

一种基于LeapMotion的灵巧虚拟手抓取交互方法

利用物体抓取任务中所有五个手指运动的运动学分析结果,结合LeapMotion 运动跟踪设备的特点和 逆运动学,提出了一种简单而有效的灵巧虚拟手抓取交互方法,使用户在虚拟环境中,通过一只灵巧的虚拟手 作为化身,在不进行手指弯曲运动跟踪的情况下,即可自然地到达并抓取数字三维物体。验证结果表明,所提 出的方法比传统的基于正向运动学的虚拟抓取方法具有一定的优势。     

Grasping Strategy in Space Robot Capturing Floating Target

When the space robot captures a floating target, contact impact occurs inevitably and frequently between the manipulator hand and the target, which seriously impacts the position and attitude of the robot and grasping security. “Dynamic grasping area” is introduced to describe the collision process of manipulator grasping target, and grasping area control equation is established. By analyzing the impact of grasping control parameters, base and target mass on the grasping process and combining the life experience, it is found that if the product of speed control parameter and dB adjustment parameter is close to but smaller than the minimum grasping speed, collision impact in the grasping process could be reduced greatly, and then an ideal grasping strategy is proposed. Simulation results indicate that during the same period, the strategy grasping is superior to the accelerating grasping, in that the amplitude of impact force is reduced to 20%, and the attitude control torque is reduced to 15%, and the impact on the robot is eliminated significantly. The results would have important academic value and engineering significance.     

空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制

提出了动态抓取域用于空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制。空间机器人捕获漂浮目标时,由于机械臂与基体的动力学耦合、抓取时的碰撞激振等非线性特性使得抓取控制变得复杂而重要。首先建立了空间机器人及漂浮目标的动力学模型,而后引入了末端装置抓取目标时的碰撞模型,并提出了"动态抓取域"用于机械臂抓取目标时的控制,同时应用关节主动阻尼控制,以减小抓取碰撞激振对空间机器人冲击的影响。结果表明:在相同抓取时间下,加速抓取明显优于匀速抓取,碰撞力振幅减小至匀速抓取时的20%,对空间机器人的激振冲击明显消除,仅在抓取结束前有小幅激振。这对空间机器人的抓取控制有着重要的理论价值及工程实际意义。     

超声振动切削对耦合颤振的影响

以耦合颤振为研究对象,通过理论分析和实验测量,研究了超声振动切削(UVC)方法对其影响及机理。超声振动切削可以通过控制系统能量摄入抑制耦合颤振。一方面,确定系统发生耦合颤振具有临界能量阀值,系统摄入能量为瞬时切削功率在净切削时间内的积分;建立的临界切削深度模型,表明超声振动切削可以增大临界切深,这表示系统具有更大的切削功率阀值,其原因是超声振动切削方法净切削时间减少,从而在一定切削时间内维持系统能量摄入总量不变,保证切削系统的稳定。另一方面,在相同条件下,超声振动切削可以有效降低平均切削力,减少系统摄入的能量,从而减弱耦合颤振的振动幅度,对其进行抑制。使用自行研制的弱刚度镗杆进行了对比实验,实验结果表明:超声振动切削可以增大临界切削深度且临界切深与占空比成反比;在相同条件下减小了系统振动幅度,获得了更好的加工质量。     

圆柱绕流的环量控制

对用壁面射流控制圆柱绕流的问题进行了研究,并探讨了喷口位置、多喷口吹气等问题。结果表明,喷口位置对圆形翼型的气动特性影响很大;多喷口吹气既可以提高圆形翼型的最大升力系数又可以降低吹气的能量消耗。     

齿轮时变系统对扭矩激励的响应

在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼和输入、输出扭矩波动的情况下,建立了具有周期性时变系数的齿轮系统线性动力学方程,用A算符方法(AOM)求出了该动力学系统的近似解析解。根据计算结果,A算符方法(AOM)克服了谐波平衡法的缺点,能够得到系统响应的所有频率成分,计算精度更高;与数值法相比,可取较大步长,省时间,效率高;系统受到内部或外部激励时,响应中含有同频、倍频、差频及和频成分。      

基于拉格朗日力学的伞-弹系统动力学模型

为了回避牛顿力学体系在多体动力学建模过程中存在的复杂约束力求解问题,以拉格朗日力学体系为基础,从分析力学的角度出发,建立了铅垂平面内降落伞-弹系统五自由度动力学模型。详细介绍了拉格朗日力学体系动力学建模过程,推导了铅垂平面内伞-弹系统动能公式,解决了伞-弹系统广义力求解问题,给出了伞-弹所受空气动力的广义力表示。算例将建立的伞-弹系统模型和牛顿力学体系下简化的伞-弹模型进行对比,两种模型计算结果吻合,验证了本文模型的正确性。降落伞-弹系统动力学模型验证了拉格朗日力学在常规飞行器动力学建模中的可行性,为使用ADAMS等基于拉格朗日力学思想建模的商业软件进行伞-弹系统动力学求解提供理论依据,可以用于指导伞-弹系统的分析和设计。