固定翼双旋弹修正组件滚转控制研究

针对固定翼双旋弹修正组件滚转通道存在的输入扰动和模型不确定性问题,设计一种基于H_∞回路整形的两自由度滚转通道控制方法. 通过对修正组件电气系统和机械系统的建模,得到执行机构电磁控制力矩的计算方法,利用理论分析及实验测试,研究了修正组件气动力矩和滚转阻尼力矩的建模方法,从而得到滚转通道控制模型,并设计基于H_∞回路整形的两自由度滚转通道控制器实现滚转角度控制. 半实物仿真实验结果表明,通过对修正组件电气系统和机械系统分析建立滚转通道控制模型的方法可行,设计的滚转通道控制器能够实现精确的滚转角控制.      

一种踝关节阻抗精准检测装置

为检测踝关节机械阻抗,提出了一种简易的踝关节机械阻抗检测装置,通过两个弹性模块和一个扰动电机的配合实现了踝关节机械阻抗的测量.弹性模块为踝关节提供静态支撑力矩,大幅降低装置刚度,减小了提供随机激振所需的力矩负担,弹性模块的形变反映了轴上的转矩.弹性模块与扰动电机配合,将电机的位置控制间接转化为转矩控制,实现了随机激振和随动两种电机控制模式.通过验证性实验检验证明该装置可估计踝关节的阻抗参数,将该装置用于人体踝关节机械阻抗的测量,获取了一组实验者踝关节阻抗数据.     

动刀式粘度在线检测方法

为实现管道流体的粘度在线测量,提出了一种基于剪应力原理的动刀式粘度测量方法.该方法使用力发生器驱动一个单自由度的机械可动件在流体中垂直于流速方向摆动,通过力矩平衡方程获得介质粘度.使用Blasius方程建立的测量模型表明,通过测得动刀的运动时间与流体密度即可获得流体的粘度;对敏感元件的外形设计进行了探讨并作出误差分析与灵敏度分析.分析与实验结果表明该方法具有可行性,适合测量中等粘度的流体.     

双驱动型单向弯曲柔性关节弯曲特性

针对气动柔性关节在低气压下弯曲角度受限的问题,采用两个人工肌肉作为动力源进行驱动,设计了一种新型气动柔性关节.该关节由两个人工肌肉并联而成,具有1个自由度,能实现较大的弯曲变形.给出了关节的结构功能和工作原理,基于力/力矩平衡原理分析关节的弯曲特性,搭建试验系统研究关节的弯曲角度.理论分析和试验结果表明:双驱动型单向弯曲关节在低气压下也能实现较大的弯曲角度,关节的弯曲角度与气压呈非线性关系,且随关节结构参数的改变而改变.     

力矩导纳的测量和测量结果的修正

在使用力矩激励器测量转动自由度导纳的过程中,由于测量结果的精确度受到被测结构的影响,在有些情况下其测量结果与实际值有较大的误差,本文分析了误差产生的原因,提出了一种对测量结果进行修正的方法,经实验证明,这种方法是可行的     

纵弯复合多自由度超声电机的研究

提出了一种新型单振子多自由度超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度驱动轨迹,驱动转子多自由度运动,其输出端驱动质点运动轨迹的大小和方向可以通过两正交换能器的复合激励进行矢量控制,可以产生3种改变运动方向的正交椭圆轨迹.对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并,建立了驱动足的运动轨迹方程,并分析了典型驱动方式下驱动足的运动轨迹.研制了一种基于单振子纵弯换能器驱动的多自由度球形超声电机,该电机具有结构紧凑、绝对输出力矩大、驱动简单等优点,从根本上解决了多振子驱动形式带来的各驱动振子之间的相互干扰和阻碍问题.实验测试样机绕X、Y轴旋转时,输出转距为0.97 N·m,最高转速为11 r/min,绕Z轴旋转时,输出转距为0.27 N·m,最高转速为66 r/min.     

基于非光滑控制技术的电动汽车直接横摆力矩控制

利用非光滑控制技术,基于轮毂电动机驱动的电动汽车线性2自由度、7自由度整车模型,提出了一种非光滑直接横摆力矩控制策略.通过对质心侧偏角的估计和由传感器直接获得的车辆横摆角速度,设计基于横摆力矩控制的上层控制器,然后经下层控制器对得到的横力摆力矩进行分配,使系统横摆角速度和质心侧偏角能够分别跟踪期望值.结果表明:在外部扰动、未建模动态、系统不确定等受扰条件下,非光滑直接横摆力矩控制器具有较强的鲁棒性,能够提高极端驾驶情况下的车辆稳定性;在控制器连续条件下,非光滑控制器能够提供最好的控制性能.     

具有弹性阻尼环节的步行机器人动步态仿真

在研究一种弹性腿机构的基础上,建立了两足步行机器人的动力学模型,设计了上阶梯的动步态．仿真结果表明,在腿机构的适当位置加入弹性阻尼元件能够减少驱动力矩（力）以及驱动功率的峰值．     

改善受压构件屈曲性能的组件和装置

介绍了改善受压构件屈曲性能的四种组件和装置,即抑制屈曲支撑、套管组件、约束屈曲、限制力装置,阐述了每一种组件或装置的特点及构成,分析了每一种组件或装置改进受压构件屈曲性能的原理,讨论了它们的相互关系及应用范围,最后提出了具有广泛应用前景的组件.     

陀螺内部摩擦对旋转物体等效原理检验的影响

利用角动量定理对实验采用的电磁驱动机械陀螺的内部摩擦力矩进行测量,分析了这一摩擦力矩对宏观旋转物体等效原理扭秤方案检验的影响,并就此提出了几项改善措施.实验结果表明:该摩擦力矩正比于陀螺的角速度,当陀螺旋转的角速度达到17 000 r/min时,陀螺内部摩擦力矩达到1×10-4N.m,这一大小对宏观旋转物体等效原理检验扭秤方案的预期精度给出了严格限制.     

具有弹性阻尼环节的步行机器人动步态仿真

在研究一种弹性腿机构的基础上，建立了两足步行机器人的动力学模型，设计了上阶梯的动步态，仿真结果表明，在腿机构的适当位置加入弹性阻尼元件能够减少驱动力矩（力）以及驱动功率的峰值。     

3自由度冗余驱动下肢康复并联机构的运动学优化设计

研究了一种用于下肢康复的3自由度冗余驱动并联机构的概念设计和运动学优化.首先对该3自由度并联机构进行了简要介绍,然后推导了其运动学正逆解的解析解.基于螺旋理论,对该机构进行了广义雅可比分析,通过对4种非冗余驱动情形的力/运动传递性能分析,提出了一种用于评价该并联机构运动学性能的局部传递率指标.最后,借助于遗传算法,通过最大化局部传递率指标的全域平均值对该机构的设计变量进行了优化.运动学优化的结果表明,本文所提出的并联机构在其工作空间内具有较好的力/运动传递性能.     

内嵌阻尼器的摆动伺服气缸

针对普通摆动气缸不能在行程中间实现任意点精确、快速定位的问题,研究开发一种摆动伺服气缸。提出集成叶片式气压驱动装置、圆盘式磁流变液旋转阻尼器、角度检测装置的摆动伺服气缸结构方案。设计了高速响应的驱动电源,线圈电流的阶跃响应时间约为1ms。对摆动伺服气缸基本性能试验结果表明:摆动伺服气缸具有良好的驱动性能,摩擦力矩较小,对气压驱动基本无影响,可调阻尼力矩在控制电压4.5V时达到饱和阻尼力矩24.7N·m,动态力矩平稳,波动在5%以内,输出力矩响应时间约为35ms。     

基于板簧支撑结构的3自由度超声波电机静力学分析

提出一种采用板簧支撑结构的3自由度球形行波型超声波电机.概述该电机基本结构和驱动原理,使用板簧结构较好地解决了球转子与行波定子之间的对心问题,定转子之间的预紧力更加均匀一致.通过坐标变换关系和定转子的位置关系,分析球转子的受力情况,给出定转子接触圆周的接触力关系式;根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到球转子球心的微位移和定子的轴向压紧量与定子预紧力的关系并做了仿真,进而分析受力情况与电机结构参数对电机定转子接触的影响,形成了板簧结构的3自由度超声波电机的理论基础.研制样机的球转子直径40 mm,定子直径30 mm,实现的保持力矩0.09 N·m,空转转速90 r·min-1.     

新型锚杆预紧装置研究

锚杆预紧力不足是制约煤矿巷道锚杆支护效果和顶板安全的重要问题.基于滚动摩擦原理,提出了一种新的锚杆预紧装置,介绍了其结构和相应的使用方法.建立了锚杆螺母与垫板相互作用的力学模型,得到了锚杆螺母在拧紧过程中的摩擦力矩计算表达式,得到了采用"减摩器"条件下螺母与垫板之间摩擦力矩计算表达式.应用锚杆拧紧扭矩与锚杆预紧力的关系分析了该锚杆预紧装置对提高锚杆预紧力的效果.制作了锚杆预紧装置,并在锚杆实验平台上进行了预紧实验,结果表明该装置可以提高锚杆预紧力,且随着锚杆预紧扭矩的增加预紧力提升幅度相应增加.在现场进行了试用,取得了较好的应用效果.     

驱动力矩对汽车动力学特征的影响

为分析驱动力矩对汽车系统动力学特征的影响,以魔术公式为基础建立了引入驱动力矩的五自由度(纵向速度、侧向速度、横摆角速度、前轮角速度和后轮角速度)汽车系统平面运动的非线性动力学模型;以后轮驱动系统为例,通过多初值点的相空间分析、单初值点的时域分析及相应轮胎力的分布特征分析,探讨了前轮转角为0时恒定驱动力矩对汽车动力学特征的影响;通过对恒定驱动力矩试验的进一步分析,计算了系统状态变量的分岔图.结果表明:在零转角条件下,随着驱动力矩数值的增大,五自由度汽车动力学系统将发生分岔现象;驱动力矩对汽车的动力学特征存在明显的影响.     

基于力传感器的机器人变导纳控制人机交互策略

为了实现物理人机交互中手术机器人的姿态柔顺调整,该文提出了一种基于变导纳的机器人控制方案.人机交互操作必须对操作者非常直观,其主要难点在于感知周围的环境与人类的意图,并对它们做出充分、直观和安全的反应.为提高系统的直观性,该文提出的变导纳控制策略是基于力/力矩传感器来推断操作者意图,通过结合UR5机器人进行相关实验来验证该算法的性能.结果表明:基于变导纳的机器人控制方案能够满足人机交互操作中对姿态柔顺调整的需求.     

宏微驱动双连杆柔性臂系统建模与最优控制

以宏微双重驱动的双连杆柔性臂机器人为背景,提出了对刚性部分和柔性部分分别建模的方法,通过两部分的叠加实现对柔性臂的描述,其优点是系统总的模型简单且易于同时考虑多个振动模态;提出了以柔性臂末端二次型跟踪误差为性能指标,通过极大值原理同时求解伺服电机驱动力矩和压电陶瓷驱动电压的方法;最后给出了柔性臂在双重驱动控制下的计算机仿真结果.     

面向制造领域的三视图模型组件快速检索方法研究

针对在工业设计海量组件库中快速检索特定三维模型组件的问题,文中结合压缩感知理论给出了一种基于行列与中心点的压缩感知测量过程,由此提出了一种面向制造领域基于三视图的模型组件快速检索方法。利用压缩感知方法提取各组件的三视图的颜色、纹理等测量特征并存入模型库;提取待检索组件的三视图压缩测量特征并与模型库中组件三视图的特征进行相似度计算;对组件三视图间的相似性与中心点的压缩测量特征进行融合,得出模型组件间的整体相似度并输出匹配检索结果。仿真实验表明,算法具有较好的检索性能,在查全率和查准率方面具有一定的优势。     

超薄六维力/力矩传感器优化设计及其解耦

为降低六维力/力矩传感器的高度尺寸对基座和驱动部件引起的附加力矩,结合有限元分析法、SDO方法和神经网络方法,设计了一种新型的基于应变检测原理的超薄六维力/力矩传感器,其高度尺寸可控制在15mm以内.为进一步提高设计的六维力/力矩传感器的精度,对其进行非线性维间解耦和标定,实验结果表明,传感器精度性能优良,最大线性度误差为0.15%F.S.,其设计和优化过程正确合理,最大耦合误差为1.6%F.S.,各维在满量程时的输出相等,具有各维同性.