陆上杆机构运动仿生的现状、关键技术和未来发展

从运动仿生的生物学基础、仿生运动体的发展和存在问题、运动仿生的未来发展等几个方面回顾和评述运动仿生面临的问题和发展机遇。分析了四足动物运动的生物学机制和国内外现有仿生机器人发展现状及存在的问题,并预测先进环境感知技术、分布式驱动和智能驱动材料、杆机构机器人与智能控制技术和动物运动规律的研究将是未来运动仿生发展的方向。     

摇摆对窄通道内单相流摩擦阻力的影响研究

通过实验研究了摇摆运动对矩形窄通道内单相水摩擦阻力特性的影响.结果表明摇摆条件下摩擦压降呈周期性波动,波动幅值随雷诺数的增加而减小,随摇摆振幅的增加而增大,随摇摆周期变化不明显.摇摆对单相水平均摩阻特性没有明显影响.摇摆运动对瞬时摩擦压降波动特性的影响表现在两个方面:一方面摇摆造成回路流量波动进而导致摩擦压降波动;另一方面摇摆引起实验段近壁区质点受力周期性变化从而引起摩擦压降微小波动.通过实验数据拟合得到了摇摆条件下层流瞬时摩阻系数计算经验关系式.     

一种基于腹足动物运动机理的介入机器人

在对腹足动物运动机理研究的基础上,基于仿生学原理提出一种介入机器人设计方案.通过理论建模及实验手段对机器人仿生设计效果及运动性能进行研究.结果表明:对粘液功能的模拟方案正确;机器人正常运行速度由直线微马达伸缩速度决定,但过快的微马达运动方向变化会导致机器人运行效率的降低.     

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。     

LF6铝合金薄板的搅拌摩擦焊焊缝成型及性能

搅拌摩擦焊是一种用于低熔点合金板材的新型固态连接技术.本文针对我国常用的LF6铝合金,研究了搅拌摩擦焊焊接规范对焊缝成型及接头力学性能的影响,分析了搅拌摩擦焊缺陷产生的原因.结果表明,LF6(M)搅拌摩擦焊接头强度可以达到母材的强度,其背弯和正弯角度可达到180度;焊接规范对接头的力学性能有影响,存在一个最佳力学性能规范区;某些规范条件下可能出现单边沟槽或隧道型缺陷及单边塑性流线现象,它们的位置与搅拌头的旋转方向有关.     

LF6铝合金薄板的搅拌摩擦焊焊缝成型及性能

搅拌摩擦焊是一种用于低熔点合金板材的新型固态连接技术。本文针对我国常用的LF6铝合金，研究了搅拌摩擦焊焊接规范对焊缝成型及接头力学的影响，分析了搅拌摩擦焊缺陷产生的原因。结果表明，LF6（M）搅拌摩擦焊接头强度可以达到母材的强度，其背弯和正弯角度可达到180度；焊接规范对接头的力学性能有影响，存在一个最佳力学性能规范区；某些规范条件下可能出现单边沟槽或隧道型缺陷及单边塑性流线现象，它们的位置与搅拌头的旋转方向有关。     

基于形状记忆合金的仿壁虎柔性脚掌设计

壁虎通过脚掌独特的外翻机制可以迅速地在壁面实现黏附与脱附。本文通过对壁虎脚掌外翻脱附过程的仿生研究,模仿壁虎外翻脱附机理,以形状记忆合金丝为驱动器,设计仿壁虎柔性脚掌,开展力学分析与计算。基于形状记忆合金的驱动特性及仿壁虎机器人的运动步态,设计了仿壁虎柔性脚掌的控制策略。最后分析了脚趾有无外翻动作脱附时的受力情况,实验测试了柔性脚趾的弯曲与外翻脱附性能,验证了仿壁虎柔性脚掌设计的有效性和可行性。     

简谐摇摆运动下窄通道内空气-水两相流摩擦阻力

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器设计中,其内空气-水两相流动摩擦阻力受简谐摇摆运动影响而与稳定状态不同.笔者通过实验研究了摇摆运动条件下矩形窄通道内绝热两相流摩擦压降特性.结果表明:层流区(分液相雷诺数Rel<800)及过渡区(800≤Rel≤1400)摇摆条件下摩擦压降波动周期等于摇摆周期;湍流区(Rel>1400)摩擦压降没有明显的周期性波动.Lee-Lee模型能较好地用于摇摆条件下平均摩擦压降的预测,但不能用于周期性变化摩擦压降的动态预测.通过分析大量实验数据的变化规律,基于奇斯霍姆C(Chisholm)关系式,拟合得到了摇摆条件下瞬时摩擦压降经验关系式,其预测值与实验值有较好的一致性.     

仿鞭毛菌游动的微型机器人近壁运动

鞭毛菌及模仿其运行的微机器人在靠近壁面游动时,其运动模式与远离壁面时有所不同。针对这一现象,本文利用抗力理论和Stokes方程的线性性质,对鞭毛菌在壁面附近运动时流体对其施加的作用力进行分析,建立了鞭毛菌近壁运动的动力学模型。同时计算了细菌在平行于壁面平面内的运动轨迹与游动速度,并与实验数据进行对比分析,结果验证了该理论模型 的有效性。在此基础上,探讨了鞭毛尾的几何和运动学参数与细菌的速度变化量之间的关系。本文研究为微型仿生游动机器人运动控制时规避近壁效应提供参考依据。     

摩擦作用下金属氧化反应的机理

某些金属在空气中摩擦时生成的润滑性氧化膜由于具有低摩擦系数、高耐磨性和自修复等特点越来越受到关注。摩擦过程中氧化膜的生成速度超过磨损速度是获得有效润滑的必要条件。摩擦氧化的动力学机制不同于热氧化,本文基于致密氧化膜的抛物线生长模型研究了摩擦状况下的氧化膜生长规律,使之尽早获得推广应用,具有广阔的市场前景