灵巧手滚动操作的运动规划1)

主要研究灵巧手和物体滚动接触时运动规划.首先，介绍了空间物体曲面的表示，在此基础上建立了两刚体点接触时的运动学方程，并由点接触的运动学方程和滚动接触的约束条件得到了两刚体的滚动接触运动方程；然后，由手掌坐标、手指末端坐标、接触坐标和物体坐标之间的位置关系，推导了关节速度和物体速度之间的关系，建立了灵巧手滚动操作的运动方程，并分析了滚动操作中的物理约束、位置约束、速度约束和方向约束及其表示；最后，根据所建立的方程和约束条件对平面滚动操作进行了仿真.     

系统模态下柔性航天器混合坐标动力学方程

首先建立了采用任意浮动参考系时的柔性航天器动力学方程;然后选择连体坐标系为浮动参考系,解所得到的动力学方程的特征值问题,得到整个航天器系统的系统模态。通过模态变换,得到用连体系刚体位移和系统模态坐标表示的混合价值航天器动力学方程。与通常采用部件模态得到的混合坐标动力学方程不同,这时弹性运动方程中不存在来自刚体运动的惯性耦合项;同时也和采用系统自由弹性模性不同,这时刚体坐标直接反映航天器刚体运动。论     

灵巧手主从抓持中的运动映射

抓持规划是灵巧手研究中的关键问题之一,主从抓持是目前较为可行的解决方案.其核心问题是将人手的抓持合理地映射为灵巧手的抓持.以仿人灵巧手为研究对象,提出了从人手到灵巧手的主从运动映射方法,在直角空间内建立了主从运动映射模型.根据人手和灵巧手运动学结构的相似性,提出了主从映射矩阵的简化形式,即通过主从手指尖位置增量的线性比例映射,由人手各指尖的运动独立控制灵巧手对应指尖的运动.通过实验对主从映射结果进行了分析,初步探讨了主从映射应满足的基本要求.实验结果表明,映射所确定的灵巧手的指尖位置基本在其工作空间,从而保证主从运动可行;主从手的运动轨迹较为相似,从而保证了主从控制的简单直观.     

用于灵巧手的新型两自由度关节机构

提出并设计完成了一种用于灵巧手的两自由度关节机构,该机构用于连接灵巧手的下指节与掌骨节,使得下指节相对掌骨节同时实现屈曲和侧展2个运动.在完成两自由度关节机构设计的基础上,对该机构进行了运动学分析,并应用虚拟样机技术进行了验证.两自由度关节机构的应用将对提高灵巧手的动力学特性和简化灵巧手的结构设计起到重要的作用.      

基于主动约束层阻尼控制的大型挠性航天器动力学模型

以大型挠性航天器简化模型——中心刚体和固接板混合系统为对象,同时考虑板表面粘贴的主动约束层阻尼结构,根据拟坐标拉格朗日方程,建立了包含所有高阶小量的完整动力学模型。建模时,采用混合坐标描述中心刚体和主动约束阻尼板的运动,用Golla-Hughes-Mctavish模型描述阻尼材料的复模量。基于该动力学模型可进行空间柔性板振动的主动约束阻尼控制器设计和大型挠性航天器的姿态动力学研究。     

灵巧壁面移动机器人运动学和动力学研究

灵巧壁面移动机器人是一个约束可变的系统,其可控性问题有待于证实.针对履带驱动方式具有非完整约束的性质,利用李群理论和微分几何的分析方法,对各种构型情况下灵巧壁面移动机器人运动学和动力学特性进行了研究,证明了灵巧壁面移动机器人的可控性,建立了机器人动力学方程,为机器人控制器的设计提供了理论指导.      

自由树形多刚体系统碰撞的动力学方程

利用描述多刚体系统在空间的位置和连接形态的位形矩阵，并引入“折算惯量张量矩阵”当量转动惯量矩阵”的概念，在牛顿－欧拉方法的基础上，建立用矩阵形式表示的多刚体系统的冲量方程和冲量矩方程，利用这组方程可以计算在外碰撞冲量作用下，系统运动状态的改变量以及各铰中产生的约束反力的内碰撞冲量和冲量矩。     

多刚体系统的动力学方程

在文[6]的基础上本文用拟坐标形式的Kane方程建立了树形多刚体系统的动力学方程——动量矩方程与动量方程,描述了系统的角运动与主刚体的质心运动。对于非树形结构的多刚体系统,给出了将非树形系统转化为树形系统的约束方程,因而可以将树形系统的动力学方程推广到非树形系统中去。作为举例,详细地讨论了由四个刚体组成的系统动力学方程。     

返回舱垂直自由入水砰击过程的数值模拟

文章数值研究返回舱垂直自由入水砰击过程中水气流场与返回舱运动之间的动力学与运动学耦合问题。水气两相流的流动方程选为非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS）方程和Realizable k-ε湍流模型,返回舱的运动方程选为刚体的一维平动方程,水气交界面的追踪采用流体体积函数（VOF）方法,返回舱与水面之间的相对运动采用动网格技术实现。在计算方法得到试验验证的基础上,数值研究了返回舱的不同触水速度、质量对入水过程中砰击力、加速度等参数的影响规律;给出了入水过程中加速度峰值与触水速度及质量之间的定量关系式;发现了返回舱底部的入水砰击压强峰值发生在入水初期,且压强峰值始终位于喷溅射流的根部。     

灵巧手主从操作中的人手运动跟踪与识别

在灵巧手主从抓持规划系统中,一项重要的研究内容是获取人手的运动信息.利用计算机双目立体视觉系统作为灵巧手主从操作的人机接口,研究人手指尖运动实时跟踪和识别的方法,提出了一种人手指尖位置的动态识别算法及其实验系统.利用本实验系统,完成左右两像面4个目标点所用的最长识别时间为0.4ms,且人手在正常运动速度时,识别率达100%,表明本算法同时满足实时性和识别率的要求.      

基于STK的空间目标可见光散射特性建模与仿真

为给天基光学观测系统的设计和性能研究提供数据支持, 建立了基于STK的天基 探测空间目标等效星等计算模型. 选用双向反射分布函数(BRDF)五参量计算模 型, 分析了空间目标面元的可见光散射特性; 根据目标几何结构尺寸和物性参 量等建立目标几何模型, 对该模型进行面元划分, 推导了空间目标在天基观测 系统入瞳处的等效星等计算公式; 结合卫星工具包(STK)提供的太阳、目标卫 星、观测卫星三者的关系数据, 建立了基于STK的易于求解的目标星等计算模 型, 对此模型进行实例仿真和分析, 并与漫反射计算模型进行比较. 结果表 明BRDF模型得到的辐照度曲线比漫反射模型更曲折且存在峰值现象, 更符合 目标表面材料的实际特性, 此外, 与STK的结合运用, 使其可更加方便快捷地获得目 标最佳观测时段及相应的等效星等.      

飞翼布局气动方案优选和试验验证

提出综合考虑飞翼布局隐身性能和气动性能的平面形状特征参数,分析了方案优选中的约束关系.采用参数化方法构建了三维曲面模型,并将物面网格划分流程进行自动化封装,通过更改设计参数准确快速地得到新方案的物面网格.应用基于Euler方程的数值方法进行布局方案的气动性能计算分析,在重点方案的分析中加入黏性修正;应用高频近似方法估算方案的隐身性能.以巡航状态作为设计点,在隐身性能的约束下,应用分析-修正的方法完成了气动布局方案优选,并对最终选定的方案进行风洞试验验证,证明该方案有进一步研究的价值.     

微创外科机器人灵活工作空间分析

微创手术给外科机器人提出了较高的灵活性要求,但是机器人很难具有完全灵 活的工作空间.首先提出象限分割的方法,即把手术工作空间分割为8个象限,确定微创外 科机器人所需灵活工作空间只需要为手术工作空间的1/8.然后,给出微创外科机器人灵活 工作空间与工作空间之间的解析关系, 从而确定机器人的运动学参数.在此基础上,对自行 设计的微创外科机器人结构进行了运动学参数优化设计.这种方法有效降低了微创外科机器 人的灵活性要求,解决了机器人结构尺寸与灵活性之间的矛盾.      

转子系统碰摩约束模型与振动响应分析

针对转静子碰摩的典型力学特征,从碰摩对转子产生附加约束的角度提出了碰摩力学模型,基于该约束模型,分析了转子系统碰摩过程中的共振区间扩展、振幅跃迁与不稳定接触等响应特征与机理.研究了力学特征参数对转子碰摩振动响应的影响,结果表明附加约束刚度提升使得系统共振区间与不稳定接触区间增大,而转静子间摩擦系数升高造成系统共振区间减小与振动响应幅值的降低.建立了具有航空发动机结构特征的碰摩分析模型,仿真结果表明,除碰摩约束造成的共振区间扩展外,具有结构特征的转子碰摩响应还与碰摩位置及模态振型密切相关.碰摩程度较轻时,转子瞬态响应表现出拟周期振动的特点,而碰摩程度严重时,转子运动趋向不稳定,响应特征更接近约束模型.      

基于逻辑网络的客户服务管理

分析了客户服务管理(CSM)的概念和功能,提出了一种抽象网络的层次性表示方法:逻辑网络,并对其结构、属性、计算以及CSM管理模型进行了研究.给出了CSM系统的原型实现:底层采用公共对象请求代理体系结构(CORBA)作为支撑环境,利用分布对象技术实现客户服务管理管理信息库CSM-MIB的表示、管理、更新和访问;上层通过定义、创建和维护等方法,使客户可对物理网络进行重组,实现具有分层结构的"逻辑网络",从而实现客户服务的约定、指派、性能监视和报告等管理功能.      

惯性平台在系统中多位置翻滚自标定方法

影响惯性制导导弹命中精度的主要因素是制导工具误差,而平台的测量误差是其中的主要成分.深入研究惯性平台在系统中的在线标定方法,建立了惯性平台的陀螺仪误差模型及加速度表误差模型,提出了最优多位置翻滚试验方法,通过惯性平台多位置翻滚自标定仿真试验分析了自标定精度的影响因素.仿真结果表明,该方法能有效分离各误差系数,绝大多数误差系数分离精度优于99%,从而提高了导弹的命中精度.      

无人侦察机航迹点重规划的优化算法

提出了一种针对发现新目标后,机上在线进行航迹点重规划的方法.建立了重规划数学模型,用图像质量方程预估侦察目标的图像质量,以所有目标图像质量的加权之和最大、路径长度最小为目标函数.在传感器侦察范围、飞机机动和目标图像质量要求以及威胁等多约束条件下运用改进后的多目标进化算法NSGA-II寻优,得到侦察航迹点的Pareto最优解集.以目标图像质量、路径长度和路径威胁为评价因素,专家系统给出当前评价因素加权权值,用模糊选优方法在Pareto最优解集中选择该加权意义下的唯一最优路径.仿真结果证明了该方法的可行性和智能性.     

超声行波驱动的玻璃表面液滴运动数值模拟

针对液滴铺展和移动的动力学行为在工业生产和微流控芯片等领域有着重要作用,提出了一种基于超声行波理论的弹性体平板驱动模型,利用压电陶瓷的逆压电效应在弹性体玻璃产生超声行波从而驱动液滴运动。借助多物理场软件COMSOL建立液滴模型,首先进行行波分析,验证了驱动液滴的可行性。在0~60 ms中,液滴在超声行波的驱动下进行收缩-铺展的正弦振荡运动。然后通过液滴内部流场结构分析发现,当液滴半径铺展到最大后开始收缩时,液滴与基底接触面处的速度首先发生变化,表明液滴内部速度场的变化对接触线是否发生移动有着重要作用。液滴内部流场存在一个类似于椭圆形的漩涡,说明液滴运动不是单纯由于收缩-铺展而引起的平动,而是滚动着朝前运动。最后分别探讨了液滴移动速度与驱动电压、驱动频率以及动力黏度的关系,结果表明液滴移动速度受动力黏度影响较为显著。