弹跳机器人动力学分析

弹跳机器人可以跃过数倍于自身尺寸的障碍物或沟渠,对地形有较强的适应力。但是相对于已经实用化的其他类型机器人,弹跳机器人目前还处于研究阶段。本文把驱动机构和弹跳机构一起加以考虑,综合各种阻尼的影响,构建了两类弹跳机器人模型。然后采用二阶拉格朗日方程,对其进行相应的动力学分析和比较,求出模型的动力学标准状态方程和弹跳高度的计算公式;并通过计算机模拟结果和试验结果的对比说明了分析的正确性。本文的分析结果同时适用于连续型和间隙型弹跳机器人的动力学分析。     

蛇腹鳞的结构特点及其摩擦行为

仿蛇机器人可望用于搜救等领域,但已研制的蛇型机器人均存在驱动效率低和越障能力不足等问题.文中用多功能摩擦实验机研究了驱动蛇运动的腹部及腹侧部鳞片的摩擦特性及摩擦行为,并结合体视显微镜等方法研究其表面几何结构特征.结果表明,腹鳞和侧鳞使蛇向后运动时表现的摩擦因数比向前运动要高60%,具有各向异性特性,这种不对称性与鳞片的结构特点和神经信号对腹鳞状态的调节存在直接的关系.生物蛇的腹鳞所表现的高驱动摩擦性能和低摩擦阻力为蛇型机器人仿生"皮肤"的设计提供几何仿生依据.     

弹跳机器人的弹跳序列规划问题研究

传统轮动式与爬行式机器人难以直接越过大的障碍物或沟壑 ,野外行动能力有限 ,需要研制弹跳机器人。为了快速并顺利地越过障碍物 ,应根据自身获取的或用户输入的地形信息规划出弹跳动作序列。本文分析了弹跳机器人与连续移动式机器人路径规划方法的区别 ,总结出影响弹跳运动规划过程的几个因素。调整影响系数后 ,在简化地形的基础上实现了弹跳序列的启发式搜索算法。结果表明 ,通过适当调整参数 ,该算法可以得到安全高效的弹跳动作序列     

在主减速器斜撑杆上安装压电叠层作动器的直升机主动隔振

采用安装在主减斜撑杆上的压电叠层作动器建立了直升机主动隔振系统。基于压电材料本构关系推导了压电叠层作动器的驱动方程,建立了压电叠层作动器驱动的主减主动隔振系统动力学模型。采用了自适应滤波控制方法,通过最小均方算法实现了自适应控制。直升机主动隔振仿真实验表明了该系统具有高效的隔振效果。     

柔性机械臂的模糊自适应控制研究

提出了一种用于柔性机器人操作臂控制的模糊自适应控制策略。由于柔性臂的结构特点，在进行其操作臂的控制研究时，必须考虑系统的振动特性才能达到末端的高精度控制。本将拉格朗日法和假设模态法相结合，建立了单自由度柔性臂系统的动力学方程，提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同载荷的情况下，分两种类型进行了控制仿真实验：定位控制和轨迹跟踪控制。仿真结果与传统的PD控制仿真实验结果相比较，表明模糊自适应控制器在轨迹跟踪和系统的振动抑制方面反映出更好的稳定性和鲁棒性，适用于柔性机械臂系统的动力学控制。     

采用ABC算法的关节机器人动力学参数辨识

实验辨识机器人动力学参数是获取基于模型的控制器参数的主要方式。针对一般方法仅能辨识线性动力学模型从而辨识精度不高的问题,提出采用人工蜂群(Artificial bee colony,ABC)算法辨识机器人动力学模型。通过Newton-Euler法建立关节型机器人的刚体动力学模型,并用低速动态特性更佳的非线性摩擦模型描述关节间摩擦特性,代替传统的库仑-黏性摩擦模型。优化辨识实验所用的激励轨迹,采集实验数据进行必要的预处理后,采用ABC算法辨识机器人动力学参数。结果表明,ABC算法能够精确辨识动力学参数,基于辨识结果的预测力矩抑制了误差峰值的出现。应用辨识结果设计基于模型的前馈控制器,实验结果表明基于模型的控制器能够提高轨迹跟踪精度。     

基于Adams/ATV履带车越沟能力仿真研究

用ADAMS10.1版增加的履带工具箱(ATV),建立履带车辆的多体系统动力学模型。通过对该履带车辆以2m/s的速度通过1.2m壕沟仿真研究,得出该履带车辆的动力学性能。     

八旋翼动力学建模及RBF神经网络PID控制研究

针对八旋翼飞行器非线性、强耦合、欠驱动、多输入多输出的系统特点,综合八旋翼动力学特性进行数学公式推导,建立数学模型。利用模型解耦八旋翼各通道输入量与输出量之间的关系。提出RBF神经网络自适应PID控制策略,该策略能够根据控制效果在线自适应整定PID参数,具有自主学习和自适应能力。通过matlab搭建八旋翼仿真模型并对其仿真,对比分析RBF神经网络自适应PID和传统PID控制效果。结果表明:前者控制效果明显优于后者,系统快速性、鲁棒性和稳定性得到了很大改善。     

柔性关节机械臂振动抑制/柔顺统一控制（英文）

提出了一种可同时实现柔性关节机器人振动抑制控制和柔顺控制的自适应控制策略。所提出的控制策略为柔性关节机器人提供了振动抑制控制模式和柔顺控制模式的统一方案,将两种控制模式整合到一个控制器中,避免了设计两种控制器并在两种控制器之间切换,实现了两种控制模式的平稳过渡。本文还考虑了机器人连杆端和电机端动力学模型的不确定性,并通过李雅普诺夫定理证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明:所提出的控制策略具有良好的控制性能。     

多片压电双晶片并联驱动器的设计

针对微型无人机在受到外界干扰时通过自适应控制来实现飞行的稳定性设计了一种多片压电双晶片并联驱动的新型驱动器.用功率放大器和频谱分析仪分别对驱动器的在空载和带栽情况下的静态特性和动态特性进 行了测试,分析比较了在不同负载下单片压电双晶片和双片压电双晶片组成的驱动器的驱动能力,测得了双片 压电双晶片并联驱动器的输出位移和驱动电压之问的传递函数.实验结果表明:该驱动器不仅可以实现位移放 大,而且可以通过多片压电双晶片并联补偿驱动器的输出力,为设计新型压电双晶片驱动器提供了新的思路,同 时为压电双晶片驱动器的自适应控制提供了参考.     

多功能水冷壁排管爬壁机器人的研制

介绍了一种新研制开发的永磁吸附式双履带结构爬壁机器人，主要应用于火力发电站的大型排管锅炉中的水冷壁排管壁面的清扫和检测，并能够在检测到壁面厚度小于预置的极限值处发出报警信号、打标记，具有较高的推广应用价值。文中阐述了该机器人的结构、磁路的优化设计、自动测厚、打标系统和控制系统的研制。目前，该机器人已经经过多次现场试验。各项指标均已达到设计要求。     

正/零表面上自由运动的黄斑蝽三维接触力测试

研究昆虫运动时其脚掌与接触面间的接触力学规律及其附着机制,可以为多足爬行机器人的设计提供理论依据。研制的微牛级应变式力传感器,用来测试昆虫无障碍运动时与接触面间的3维接触力。对黄斑蝽在地面和垂直壁面两种状态下爬行时与接触面的作用力进行测试,分析了力的作用机理。在垂直壁面状态下,昆虫向上爬行时将身体向上推进的同时,会产生防止身体倾覆的吸附力。     

基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机(英文)

介绍了基于弯振模态的螺纹杆式直线超声电机的运行机理.在梁弯曲振动模型的基础上,对螺纹杆式直线超声电机进行动力学分析,推导出电机定子驱动点的空间运动轨迹方程,并阐明了电机运行机理.本文应用有限元法分析了电机的振动模态和结构,设计并研制了样机.样机定子的尺寸为13 mm×13 mm×30 mm,最后对电机输出特性进行了测试,最大输出力为5.2 N.     

Torque Distribution of Electric Vehicle with Four In-Wheel Motors Based on Road Adhesion Margin

With the worsening of energy crisis and environmental pollution,electric vehicles with four in?wheel motors have been paid more and more attention. The main research subject is how to reasonably distribute the driving torque of each wheel. Considering the longitudinal motion,lateral motion,yaw movement and rotation of the four wheels,the tire model and the seven DOF dynamic model of the vehicle are established in this paper. Then,the torque distribution method is proposed based on road adhesion margin,which can be divided into anti ? slip control layer and torque distribution layer. The anti?slip control layer is built based on sliding mode variable structure control,whose main function is to avoid the excessive slip of wheels caused by road conditions. The torque distribution layer is responsible for selecting the torque distribution method based on road adhesion margin. The simulation results show that the proposed torque distribution method can ensure the vehicle quickly adapt to current road adhesion conditions,and improve the handling stability and dynamic performance of the vehicle in the driving process.     

一种基于遗传算法的机器人补偿学习控制方法

机器人建模的不精确性以及一些扰动的存在给机器人控制增加了相当大的难度。针时这一问题，本文以PUMA560机器人为被控对象，给出了一种PUMA560机器人动力学模型的简化形式，采用PD控制的计算力矩法，得到了机器人的闭环动态误差方程，在此基础上设计了机器人的控制器结构，提出了一种新的基于遗传算法(Genetic algorithm，GA)的机器人补偿学习控制方法。将GA与计算力矩法相结合，利用进化学习来消除机器人中不确定因素的影响，实现时机器人轨迹跟踪的良好控制。最后给出了这种控制的仿真结果，验证了该方法的有效性。     

甲烷-空气预混火焰越过不同形状障碍物的实验研究

对甲烷-空气预混火焰越过安装于燃烧室内底壁的多种形状障碍物进行了系列实验。以高速阴影摄影获取火焰阵面变化的序列相片,准确地记录了流场和火焰的变化过程。结果表明,障碍物的上表面对诱导湍流具有十分重要的影响,而障碍物下游的回旋区会导致火焰的翻卷和弯曲。变形火焰在未燃气体中产生的压缩波在壁面进行反射并在燃烧区反复穿越,也大大破坏了火焰的稳定性。不同形状的障碍物对火焰稳定性的影响呈现的特点不同,但最终均能导致湍流燃烧和加速。     

Effects of Tightening Torque on Dynamic Characteristics of Low Pressure Rotors Connected by a Spline Coupling

A rotor dynamic model is built up for investigating the effects of tightening torque on dynamic characteristics of low pressure rotors connected by a spline coupling.The experimental rotor system is established using a fluted disk and a speed sensor which is applied in an actual aero engine for speed measurement.Through simulating calculation and experiments,the effects of tightening torque on the dynamic characteristics of the rotor system connected by a spline coupling including critical speeds,vibration modes and unbalance responses are analyzed.The results show that when increasing the tightening torque,the first two critical speeds and the amplitudes of unbalance response gradually increase in varying degrees while the vibration modes are essentially unchanged.In addition,changing axial and circumferential positions of the mass unbalance can lead to various amplitudes of unbalance response and even the rates of change.     

基于球空间极近距离障碍物的超声检测方法

以机器人工作空间的障碍物检测为研究对象，提出了一种不同于传统的超声测距的新的检测方法——研究球空间极近距离障碍物的超声波测距理论和利用相关算法进行信号处理实现抗多径干扰，提高了超声波测量的精度。利用特殊分布的超声传感器阵列进行超声测距和球面三点定位的原理，不仅可以检测出障碍物的空间距离，还可以检测出障碍物的空间方位。     

超声速冲击射流的PIV实验研究

冲击射流广泛应用于短距、垂直起降飞行器(STOVL)等航空航天领域,然而却伴随着流场与噪声等诸多方面的问题,笔者采用PIV(粒子图像测速)技术对超声速冲击射流的流场结构和涡结构进行了深入研究.实验发现在不同的冲击工况下,冲击射流流场结构呈对称和螺旋结构,其瞬时流场的主涡结构也有类似特征,脉动流场在瞬时流场主涡结构的基础上会附加与主涡旋转方向相反的次涡结构,在对称和螺旋两种模态下,由于涡结构的影响,冲击射流的近壁速度存在较强的脉动.