控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性

首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统;最后,在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.数值计算结果表明,所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制,文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应.     

无缆微型仿鱼泳动机器人的设计与运动分析

根据鱼类的游动推进原理,提出一种基于螺线管线圈结构的外磁场驱动微型仿鱼机器人的设计方案,构建了其实验控制系统,分析了机器人在液体中的推进力和动力学模型,以及尾鳍对其推进性能的影响。实验结果表明,不同的尾鳍摆动频率和尾鳍长度对推进速度有很大影响,其运动速度随驱动频率的增大而逐步增大,但当驱动频率大于7 Hz时运动速度减慢。实验结果与理论分析相一致。     

磁场驱动柔性微纳机器人研究进展

 磁场驱动微纳机器人无需化学燃料,因而可以在水、血浆、组织液等多种液体环境中使用。它可以在生物体内进行无损伤远程调控,并易于进行运动控制,这些特点使得它在医疗领域具有广泛的应用前景。微纳机器人尺寸极小,处于低雷诺数环境中,需要克服高黏性力实现运动。磁场驱动微纳机器人有表面型、螺旋型和柔性驱动型3种。柔性的磁场驱动机器人通过外界磁场力产生周期性变形,在低雷诺数环境中实现推进,与微生物的推进方式类似,具有推进效率高、对磁场强度要求低的优点。本文综述了磁场驱动柔性微纳机器人的制备、驱动方式、运动性能和运动控制性能研究进展。     

A disc-type magneto-rheologic fluid damper

A disc-type magneto-rheological fluid damper operating in shear mode is proposed in this paper,which is based on the special characteristics of the magneto-rheological (MR) fluid with rapid, reversible and dramatic change in its rheological properties by the application of an external magnetic field. The magneticfield of the disc-type MR fluid damper is analysed by the finite element method ; the controllability of the disctype MR fluid damper on the dynamic behaviour of a rotor system ; and the effectiveness of the disc-type MR fluid damper in controlling the vibration of a rotor system, are studied in a flexible rotor system with an over-hung disc. It is shown that the magnetic flux density of the disc-type MR fluid damper in the working areas can significantly change with the applied current in the coil ; and that the dynamic behavior of the disc-type MR fluid damper can be varied by the application of an external magnetic field produced by a low voltage electromagnetic coil. The disc-type MR fluid damper can significantly change the dynamic characteristics of a rotor system, provided that the location of the disk-type MR fluid damper is carefully chosen. The disc-type MR fluid damper is a new actuator with good dynamic characteristics for rotating machinery.     

超磁机器鱼游动数值模拟及其控制

针对管道中微小型机器人的研究和开发,提出一种利用外磁场驱动起小型机器鱼的研究方法.采用合金薄板模拟鱼尾骨架,贴在该薄板的超磁致伸缩材料模拟鱼体肌肉,建立了该问题的力学模型.通过研究机器鱼的游动机理,设计了一种机器鱼的超磁动力驱动器(GMMA).利用调整外界磁场频率,实现神经模拟以控制鱼尾摆动,即机器鱼的游动.结果表明,鱼尾摆动平均驱动力的大小取决于鱼尾的材料参数、几何参数和外磁场频率.特别是当外磁场频率接近系统固有频率时,该驱动力相对较大,该结论可作为鱼尾设计和控制的主要思路和依据.     

组合合页式扑翼在悬停状态下的三维仿真分析

通过观察鸟类扑翼飞行的运动特征,研究了一种新型组合合页式扑翼推进技术.介绍了组合合页式扑翼推进技术的基本原理,建立了其运动学和动力学模型;在此基础上,通过联合求解动力学方程和三维纳维斯托克斯方程,对组合合页式扑翼在恒定速度下的低频大行程往复运动进行仿真,以分析组合合页式扑翼在2自由度运动时的运动特征和空气动力学特性.结果表明:所提出的扑翼推进方式在悬停状态下能够产生持续的正升力;在相同的往复速度下,增大运动行程可以降低1个周期内过渡状态所占的比例,但平均升力系数随之减小;当运动频率约为2Hz时,其平均升力系数可以达到3.0以上.     

弹流润滑球轴承-转子系统非线性动力学分析

以球轴承为研究对象,求解滚动体与内外圈在弹流润滑状态下的刚度-阻尼.基于该动态刚度和阻尼建立动力学微分方程,采用数值方法得到转子系统在不同转速和径向游隙下的分岔图、相图、庞加莱图和轴心轨迹图等,分析轴承不同转速和游隙对轴承转子系统动态特性的影响.研究表明游隙和转速是影响系统非线性特性的重要因素,具有动态刚度和阻尼的滚动轴承转子系统显示出了更为复杂的动力学特性.     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

多功能两栖生物型子母机器人系统研究

 对于水陆两栖及其过渡环境中狭小空间内的勘测,微小型水陆两栖机器人能够完成许多单一推进方式的机器人所无法完成的两栖任务,如水下管道的检测、珊瑚礁内鱼类的监测、水下岩缝中矿物采样等,因此需要一种能够具有微型结构、多功能运动模式、高位置精度、长续航时间等特点的机器人,以适应复杂两栖环境。提出一种两栖子母机器人设计方案。其中,两栖母机器人采用腿-矢量化喷水两栖推进,利用一套驱动系统实现两栖运动,以降低机构和控制的复杂度,增大其负载能力。两栖推进机构和机器人外形可以根据介质环境以及任务特点的改变,进行主动的形态与结构变化。微型子机器人由人工智能驱动器驱动,可以实现游行、爬行、转动、上浮/下潜、抓取等动作。母机器人和子机器人之间通过智能软缆线连接,实现子母机器人之间的通信及子机器人的回收。     

弯掠动叶对旋转失速流场的影响

给出了弯掠动叶和径向（常规）动叶旋转失速工况下流场的实验结果，论述了这两种叶片在变工况下的性能差异以及弯掠动叶对旋转失速特征参数的影响，进行了失速前后有关试验数据的对比分析，讨论了弯掠动叶引起旋转失速流场变化的机理及对流场的改善作用．     

四旋翼水下机器人及其矢量角度测试实验分析

为提高水下机器人运行稳定性,降低综合能耗,研究一种矢量推进式四旋翼水下机器人,该机器人的四个水下推进器通过绕OY轴转动,形成矢量推进。针对数据野点问题,以及D/A模块输出误差问题,通过设计一种控制电压闭环缓变调节方法,防止因野点存在而烧毁舵机和推进器,同时减小方差,提高稳定性;通过试验法研究了矢量角度对水下机器人控制性能的影响规律。结果表明：矢量角度小于45°时,艏向定值跟踪实验中,响应速度较快,超调量较大,稳态误差较高,平均功耗较低;同频率艏向动态跟踪实验中,平均误差较高,平均功耗较低;变频率艏向动态跟踪实验中,平均功耗较低;深度定值跟踪实验中,响应速度较慢,超调量较小,稳态误差较低,平均功耗较高,同频率深度动态跟踪实验中,平均误差较低,平均功耗较高;变频率深度动态跟踪实验中,平均功耗较高。矢量角度大于55°时,各项控制性能指标与矢量角度小于45°时相反。可见矢量角度为45~55°时,为控制性能过渡区间。     

关于磨料磁流体射流可行性的分析

通过对前混合磨料射流和后混合磨料射流进行对比分析,发现了两种磨料射流技术均存在一些技术缺陷。为了解决这些问题,对磁流体推进技术展开研究。通过Fluent软件对磁流体中磨料运动进行分析;并且通过试验装置验证了直流式磁流体推进装置能够对磁流体产生增压效应,形成了直流式磨料磁流体射流。在直流式的基础上,分析了交流式磨料磁流体射流的优点,展望了交流式磁流体推进技术在磨料磁流体射流上的应用前景。通过电磁场方程以及流场方程建立数学模型,分析了其在磨料射流上应用的可能性。     

机器人的动态补偿最优控制

本文首先将非线性、耦合机器人的动力学方程化成定常状态方程,然后利用状态反馈配置由线性定常状态方程描述系统的特征值,最后利用二次型性能指标设计机器人系统的最优控制器,控制器的输出是二次型性能指标最小的解。     

磁光材料中畴壁运动速度与外场间关系的研究

直接测量(BiTm)_3(FeGa)_5O_(12)薄膜中BLOCK壁的运动速度与外磁场变化率间的关系表明,畴壁运动速度随磁场变化率的增大关系与畴壁动力学关系相符.     

汽车金属带式无级变速器液压控制原理及数学模型

金属带式汽车无级变速器是目前国际上一种先进的变速器装置·本文介绍了其液压控制系统构成和液压位置伺服控制的基本工作原理,分析了发动机转速与汽车行驶速度之间的关系,并采用键合图法以状态方程的形式给出了系统的数学模型·为深入分析该种无级变速器的动态特性、优化汽车的动力性能做了一定的理论工作     

仿猎豹四足机器人结构设计与分析

为满足四足机器人高速奔跑运动性能所要求的脊椎具有柔性和腿结构具有良好的缓冲性能要求,在仿猎豹四足机器人上设计了一种液压驱动的柔性脊椎和腿结构.该脊椎是变截面梁,中间有柔性.该腿结构有髋关节和膝关节,有3个自由度,髋关节有2个主动自由度,即侧摆自由度和俯仰自由度,膝关节具有被动的俯仰自由度.对该脊椎进行了力学分析,对该腿结构进行了刚度特性分析和运动学分析,并对机器人进行了Bound步态仿真.仿真结果表明,这种具有柔性脊椎和非线性刚度变化的腿结构的仿猎豹四足机器人,能够以Bound步态实现较快的稳定奔跑,且足端接触力较小,由此验证了柔性仿猎豹四足机器人脊椎和腿结构的设计是有效的.      

转杯法高炉渣粒化实验研究

由于目前采用的水淬法工艺不能有效地回收利用高炉渣中的能量,因此针对转杯法炉渣粒化工艺,研究了转杯转速、直径和熔渣温度对破碎粒化后渣粒的平均直径和质量分布的影响规律.结果表明:渣粒的平均直径随转速的提高而减小;增大转速,渣粒将远离转杯,其质量分布更均匀.当转杯的转速小于1 000 r/min时,渣粒的平均直径随转杯直径的增大而减小,当转杯的转速大于1 000 r/min时,渣粒的平均直径几乎不随转杯直径变化.熔渣温度对渣粒平均直径和质量分布没有影响.     

一维磁控光子晶体

利用传输矩阵研究结构为(AB)ⁿD(BA)ⁿ和(AB)ⁿDF(BA)ⁿ的一维光子晶体透射特性, 其中D和F层均为旋磁材料, 通过改变其外加磁场, 分析其对透射率的影响. 结果表明： 随着外加磁场强度的变化, 可产生和消灭缺陷模, 且缺陷模的位置、 数目以及缺陷模的光谱宽度均发生变化. 表明通过改变外加磁场强度可实现光子晶体透射的可调节性.     

传动装置中磁流变液瞬态流动特性的数值计算

为了了解在突加磁场情况下磁流变液在传动装置中的瞬态流动特性,基于Bingham模型和纳维-斯托克斯方程,利用有限差分法对传动装置中磁流变液的瞬态流动特性进行了数值计算.结果表明：工作间隙产生磁场后,磁流变液剪应变率和角速度分布变化明显,临界屈服面在主动转子的内表面形成,随后其半径逐渐减小,达到稳态后保持不变;当传动装置的流变响应时间随外加磁场增大而缩短时,滑差转速越大滞后时间越长;在工作间隙产生磁场时,主动转子传递转矩逐渐减小,从动转子传递转矩逐渐增大,最终两者趋于一致.该结果为磁流变传动装置的设计和性能评估提供了理论依据.     

三自由度柔性受限机器人的动力学建模

为了提高处于受限运动状态的柔性机器人的控制精度，研究了一类三自由度柔性受限机制人的动力学建模问题，将其抽象为一平面三连杆受限机器人系统，利用D^,Alembert-Lagrange原理得到了一组由机器人各关节转角和柔性连杆的振动方程表示的该机器人的动力学模型。该模型在形式上与传统的无约束刚性机器人的动力学模型非常相似，具有模型精确的特点，从而为有效地控制此类机器人系统的运动和位姿提供了理论依据。基于此动力学模型，采用MATLAB对该机器人系统进行计算机编程仿真计算。仿真计算结果表明，该机器人系统的模型是可行且有效的。