地面无人作战平台导航技术发展现状与趋势

当前,国内外地面无人作战平台处于快速发展阶段,其自主性、智能性的特点使得其相较于传统地面武器平台对导航系统提出了更高的要求,除了具备常规意义上的测姿、定位、定向等功能之外,还需要具备环境相对位姿感知与导航能力。目前,典型的地面无人平台均采用惯性基组合导航方案,以惯性传感器为主,配备卫星、视觉、雷达等多类辅助传感器,通过组合导航算法实现传感器间的有机融合。针对地面无人作战平台的导航需求,对当前主流惯性基组合导航技术进行梳理,分别介绍了惯性/里程计、惯性/卫星、惯性/视觉、惯性/激光雷达组合导航技术的发展现状,并对适用于地面无人作战平台的导航技术进行了展望。     

蝴蝶悬停飞行流体力学实验模型的仿生设计

由于蝴蝶形态学上的特点(翼面宽大,展弦比小,翼型复杂)以及其特殊的飞行方式(拍动频率低,翅膀几乎垂直于身体拍动;翅膀没有翻转运动,但在翅膀拍动时身体有明显的俯仰运动和振动),蝴蝶成为探索昆虫飞行高升力机理的特殊研究对象.为了深入研究蝴蝶悬停飞行时的流场和高升力机理,设计制作一套模拟蝴蝶悬停飞行的流体力学实验模型显得尤为重要.介绍一种新设计的电控蝴蝶实验模型,该模型与真实的蝴蝶一样,包含左右翅膀和身体,并且可以实现精确定位和模拟蝴蝶不同的运动模式,包括翅膀的拍动、身体的俯仰运动和振动.研究小组应用此实验模型进行流动显示实验和PIV(Particle Image Velocimetry)实验,对蝴蝶的悬停飞行进行研究.      

一种新型的仿生双尾推进器模型实验

针对单尾鳍摆动存在的机器鱼的摇艏问题,设计出双尾鳍仿鱼推进器,并将其应用于小水线面双体船,制作了仿生双尾推进的实验平台,在水池中进行了双尾推进试验研究.结果表明:双尾推进作为一种新型的仿生推进器,不仅解决了单尾机器鱼游动时鱼体的晃动问题,而且还具有优良的推进和操纵性能.笔者还采用计算流体力学软件FLUENT计算摆动尾鳍非定常流动的流场特性,结合单尾鳍和双尾鳍的不同流场特性分析了双尾鳍在摆动过程中的相互干扰问题,通过尾鳍流场的数值模拟,表明仿生双尾推进器的两个尾鳍在低频摆动时其相互干扰是有利干扰.     

基于月光偏振罗盘的载体自主定位方法

为了克服现有偏振定位技术无法全天时工作的缺陷,充分发挥偏振定位技术的自主性,提出一种夜间环境下基于月光偏振罗盘的载体自主定位方法。设计了仿生月光偏振罗盘传感器,改进了一种基于偏振度阈值检测的月亮高度角计算方法,通过实时更新月亮赤经、赤纬和格林时角,利用不同时刻的月亮高度角解算出载体经纬度信息。最后进行静态实验,验证了算法的可行性。实验结果表明,该方法可以稳定获取载体经纬度信息,且定位误差为42.34km。该方法增强了偏振定位技术的全天时性能,在夜间环境下的自主定位领域有着重要应用价值。     

一种面向绿色高效的数控铣削参数优化方法

针对数控切削加工过程的高效绿色发展要求,基于数控机床主传动系统能耗模型,以最小单位切削能耗作为优化目标,建立了铣削加工优化模型,进一步采用人工鱼群算法对目标函数求解。通过铣削加工实例对铣削加工优化模型进行验证,并将优化后的参数与切削手册的经验参数及取得最大材料去除率的参数相比,发现单位切削能耗分别减少12.7%和13.8%。研究表明,所提出的切削参数优化模型能有效提高加工过程的能效,可为后续铣削加工过程切削参数选择提供参考。     

基于仿生的适于特殊地形的直升机起落架设计

现阶段直升机起落架主要采用轮式起落架和滑撬式起落架,由于机动性和灵活性较差,导致直升机起降时对地面的平整度及坡角要求较高,在遇到某些特殊地形如乱石滩、斜坡坡度较大地带可能面临无法正常起降这一困难。本文受某些仿生无人机起落架设计启发,提出了一种新型直升机起落架的设计方法,此种起落架采用三立柱支撑结构,主体是三个位于机身底部的液压伸缩支撑杆,在直升机降落时杆端的传感器与主控配合来动态控制支撑杆的伸缩长度。此种起落架通过控制每根液压杆伸缩不同的长度来适应不同环境下的崎岖地形,使直升机在乱石滩及大坡度地面起降成为可能。经过设计举例及受力分析,得出本设计方法在工程上是可以实现的,并且在直升机抗震性能的提升方面也有一定作用。     

具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准技术

为提升机械臂系统对环境的感知能力,针对机械臂多工位精确对准问题,提出了一种具有远近视距引导的机械臂多工位对准技术。首先构造具有远近视距的两目视觉配置,并与机械臂构成Eye-in-hand视觉反馈系统。然后标定两目视觉的内外参数和手眼关系变换矩阵。通过离线先验局部对准方式,建立各工位的任务表。提出了三阶段对准策略,即多工位作业起始位姿获取、全局相机的初定位和局域相机的精对准,使得机械臂能在多个工位下实现末端工具与目标的精确对准。通过多位置孔轴对准实验验证了本文方法的可行性。单个孔位重复对准标准差角度不超过0.015°,位置不超过0.078 mm,三阶段对准实验结果表明,角度误差小于0.05°,位置误差小于0.17 mm。     

空间机械臂视觉测量技术研究

空间机械臂技术是维护空间站、执行指定任务、保障航天员出舱作业的安全等必不可少的关键技术。视觉测量技术则是保证空间机械臂顺利完成空间遥操作任务的前提。基于此前提,首先对空间机械臂视觉测量技术进行了概述,并分别对手眼关系标定、标志器识别以及相对三维位姿测量等关键技术进行了阐述;然后,以加拿大机械臂为例提出了一种基于边缘特征的标志器识别算法,给出了具体的识别流程,并采用一种基于非迭代的相对位姿测量算法实现了位姿求解;最后,针对标志器识别算法和位姿测量算法给出了基于仿真图像的实验结果和机械臂原理样机集成实验结果。最终实验结果表明:提出的空间机械臂视觉测量方法合理可行,满足预期的技术指标要求,具有较强的工程应用价值。     

微型扑翼飞行器扑动机构相关研究进展

微型扑翼飞行器(FMAV)具有独特的外形和飞行优势,具有重要的军事和民用价值。扑动机构是微型扑翼飞行器实现能量转换和机翼仿生运动的核心部件,是扑翼飞行器研究中极其重要的一环。阐述了扑动机构仿生规律实现、设计方法的最新进展,同时就设计中的关键技术进行了评述,主要为:仿生扑动规律的实现;提高系统效率的机构匹配设计方法;扑动机构的发展趋势。     

复合材料仿骨缝齿接结构建模与力学特性分析

针对复合材料仿骨缝齿接结构模型表述复杂性问题,基于MATLAB与Python语言对有限元分析软件ABAQUS进行二次开发,提出了复合材料齿接结构的参数化构建方法。并以此为基础,初步研究了齿顶角、基线类型、层级与结构力学性能之间的关系。研究结果表明,在拉伸载荷作用下,具有小齿顶角度、复杂基线特性、高层级特性的齿接结构可以表现出更好的力学性能。通过本文工作,实现了齿接结构的参数化构建,初步揭示了齿接结构承载能力、损伤机理和几何形貌之间的关系。