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。     

电容放电脉冲充磁技术中放电回路参数的选择

讨论了电容放电脉冲充磁技术中放电回路参数的选择问题，计算分析了充磁用螺线管参数对脉冲磁场峰值的影响，以实现充磁的最低能耗、提高装置的使用寿命及降低制造成本。     

利用MATLAB研究多螺线管磁场分布

利用Matlab软件对多螺线管磁场分布趋势及强度进行了研究,计算结果表明当各个螺线管通以同向电流时,各个螺线管相对几何中心处磁感线相互排斥,且磁场强度变小,当在4个螺线管几何对称中心轴正上方再放置一个螺线管时,各个螺线管产生的部分磁感线会沿着正上方放置的螺线管磁感线方向行走且当计算选取微元和步长越小结果越准确.     

超短脉冲微细电解加工电源及工艺试验

脉冲电源是实现高精度电解加工的关键技术之一.文中研制了一种用于微细电解加工的超短脉冲--纳秒级脉冲电源,其最小稳定输出脉宽为100 ns,额定电流为1 A,占空比和频率均独立可调.该电源采用直流加斩波输出方案,直流部分采用稳压集成块调压.设计的高频信号发生器工作频率范围宽;驱动信号具有陡峭的上升和下降沿,为斩波器提供了良好的驱动保证.斩波主器件采用快速互补功率场效应管,解决了波形失真问题.文中还针对微细电解加工工艺的特点设计了快速保护电路,实现了高精度的微细电解加工.最后,利用该电源样机加工出典型微细零件,验证了电源的有效性.     

应用于磁光开关的正负交替脉冲发生器的设计

基于磁光开关的工作原理,利用晶体管的雪崩特性,设计了一种正负交替脉冲发生器,能产生正负交替转换的大电流脉冲,作用于螺线管线圈,产生高速磁场.通过螺线管内电流方向的转换,以改变磁光晶体外向磁场的方向,从而达到磁光开关光路转换的要求.设计的脉冲发生器产生的正负脉冲前沿时间约为3~5 ns,脉冲幅值为60~90 V,脉冲电流可达6 A以上,产生的磁场远大于39 789 A/m,满足磁光开关的需求.     

磁聚焦法测量螺线管中心磁场

根据带电粒子在磁场中的运动特性,分析了电子束的磁聚焦原理,推导了螺线管中心磁场的计算公式,测量了长直螺线管中心磁场的磁感应强度。该方法测量原理简单、结果可靠。     

基于心脏刺激的强脉冲磁场刺激器的设计

提出了一种强脉冲刺激器的设计方案,应用此方案设计了一台基于心脏刺激的强脉冲磁场刺激装置.该装置的充电电压达到1200V时,在刺激线圈中心可以获得磁感应强度为10.6 T的磁场.阐述了该磁场刺激装置的具体设计思想和磁感应强度的计算方法.应用刺激线圈中心磁感应强度为2.7 T,周期为0.2Hz的脉冲磁场刺激开胸蛙的心脏,结论是脉冲磁场直接刺激蛙的心脏可以改变蛙的心率.     

基于脉冲推力作用的双足机器人半被动行走

研究了半被动双足机器人行走过程固定点的全局稳定性问题.使用罗盘机器人模型,在脚与地面冲击前,采用支撑腿的脉冲推力作为行走的动力源.通过引入一个限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数.采用庞加莱映射方法证明了半被动双足机器人行走固定点的存在性及其稳定性.分析了脉冲推力作用方向对双足机器人稳定行走的影响,并讨论了固定点存在的动力学附加条件.针对模型已知和未知2种情况,分别设计了行走控制律.理论分析和仿真结果表明,采用所提出的控制方法,半被动机器人可以在水平面上稳定行走,当脉冲推力作用方向与前腿垂直时控制效率最高.     

超短脉冲微细电解加工电源研制

本文提出一种用于微细电解加工的超短脉冲─纳秒级脉冲电源,其最小稳定输出脉宽100ns,额定电流1A,占空比和频率均独立可调。该电源采用直流加斩波输出方案,直流部分采用稳压集成块调压,电路简单可靠,成本低廉。设计的高频信号发生器工作频率范围宽,波形调节方便;快速驱动信号具有陡峭的上升和下降沿,为斩波器提供了良好的驱动保证。斩波主器件采用快速互补功率场效应管,解决了波形失真问题。针对微细电解加工工艺的特点设计快速保护电路,实现高精度的微细电解加工。利用本电源样机加工出典型微细零件,验证了该电源的有效性。     

基于摩擦力控制结肠内窥镜机器人

为了提高肠道疾病主动诊断能力,研究了基于摩擦力控制的结肠微型机器人.摩擦力模型分析了肠道摩擦力控制因素,并利用实验模板和黏附制剂在体外肠道开展的摩擦力实验,验证了接触纹路和接触黏度对肠道摩擦力的影响.摩擦接触装置的研制综合考虑了肠道应用环境和摩擦力控制因素,最终装配在内窥镜机器人样机上实现了摩擦控制运动.实验结果表明：基于摩擦力控制内窥镜机器人样机能够适应不同的运动环境而实现有效的主动运动,且运动环境会对其运动速度产生不同影响.     

载流疏绕有限长螺线管内轴线上的磁场

讨论了有限长载流疏绕螺线管内轴线上的磁场,并与载流密绕螺线管内轴线上的磁场作了比较．用此分析方法可以求得较完整的载流螺线管内的磁场分布．     

发动机控制器ECU中功率管的温度预测研究

为了准确预估发动机控制器ECU中的功率MOSFET管的温升情况,建立了一个针对工作于PWM脉宽调制方式下的功率MOSFET管的峰值节点温升预测简化模型,基于功率管的DATASHEET参数,模型可以快速地对工作于PWM调制方式下的功率管峰值节点工作温度做出精确预测.通过试验测量的温升结果和模型的预测温升结果的对比,验证了模型的温升预测精度,对温升的预测最大误差不超过2.3%.虽然温度预测模型是基于柴油机电磁阀驱动电路,但预测模型可以很容易地扩展到其他的功率驱动电路拓扑结构.     

有限长通电螺线管内部空间磁场的模拟

利用叠加原理 ,用计算机模拟计算出有限长通电螺线管内部空间的磁场分布 .结果表明 ,除了螺线管两端之外 ,其内部为非常好的均匀磁场分布 .通过与实验测量结果的比较 ,说明该模拟方法是正确的     

用冲击电流计测直螺线管磁场实验的误差理论分析

根据冲击电流计测直螺线管磁场的实验电路原理,利用数值计算方法,对减少测量的系统误差进行了理论分析.得出如下结论:选择适当的仪器和回路的电阻使标准激励回路与待测激励回路的脉冲电流时间常数相近可以很好地减少系统误差.     

电磁流体流动实验与仪器装置设计

阐述以电磁流体和电磁流体力学理论为基础，应用硫酸铜溶液或氯化钠溶液作为可以产生电磁流体流动现象的一种液体，用金属铜板作为可产生匀强电场的极板，用密绕的螺线管可产生匀强磁场的方法，设计出电磁流体在电磁场中的流动实验方法及简单的实验仪器装置。采用同时交换电场和磁场方向的方法防止电极板电解，并测得液体流动的速度。     

长直载流螺线管磁场的研究

本文分别计算了圆形和方形两种螺线管的磁场。通过对单匝线圈磁场的积分来求得螺线管的磁场。分析了螺线管似圆电流的非封闭性,进而计算了其等效轴向磁场。     

Dynamic characteristics of an intestine capsule robot with variable diameter

This paper proposes an intestine capsule robot with variable diameter. It is driven by external rotating magnetic field and has the function of automatic radial clearance compensation. An external magnetic field generating device and a capsule robot with variable diameter are developed. Radial dynamic balance equation and kinematics equation of the capsule robot traveling inside flexible elasto-wall environment are established, and dynamic characteristics of the capsule robot inside flexible elasto-wall pipe and rigid wall pipe environments are analyzed and compared. Simulations and experiment results show that its dynamic characteristics in both pipes are almost the same. Under the action of radial clearance compensation, fluid dynamic pressure around outer surface of the capsule robot and its propulsion, as well as its adaptability to diameter change range, are significantly improved. Its propulsion and moving speed are controlled by adjusting rotating angular speed of the rotating magnetic field. This innovative capsule robot with radial clearance compensation has a promising prospect for inside intricate gastrointestinal (GI) tract in non-invasive therapy applications.     

特种螺线管磁场分布及自感系数的研究

自感是电磁感应现象中的重要概念,关于自感系数的定义可归纳为静态法、动态法、磁能法三种。文章在讨论分析载流长直导线、载流螺线管全空间磁场分布的基础上,利用叠加原理,求解特种螺线管的空间磁场分布;利用磁能法,解析计算长直特种螺线管单位长度的自感系数。     

基于COMSOL Multiphysics的通电螺线管磁场分析

文中通过载流螺线管模型,分析了有限长螺线管磁感应强度的理论算法,并用仿真软件COMSOL Multiphysics建模并仿真,得到了螺线管模型磁感应强度的三维立体解,形象直观地表现了螺线管空间磁场的分布情况。同时,验证了与理论计算结果的一致性,并为电磁场其他问题的仿真建模提供参考。     

线电流磁场的计算和绘图

对任意形状线电流在空间产生的磁场,由Biot-Savart定律和叠加原理写出运算方程,用三M软件直接在微机上进行数值计算和绘图。以载流螺线管为例,编程计算和图示管内外的磁场分布,由此对磁场进行定性和定量分析。