一种载人球形机器人的机构设计及动态分析

通过对当前为满足各钟特殊环境下的需求而提出的球形机器人的深入研究,提出了一种具有载人能力的球形机器人,确定了其运动机构方案和结构设计方案,通过UG对该机构进行三维建模并在Ansys中构建系统的模型,对该系统进行仿真分析,对载人球形机器人结构设计优化,为球形机器人整体的设计、模拟仿真及其制造提供参考。针对目前对球形机器人无载人性能这一特点,设计提出了具有转向性的载人球形机器人,在各种特殊环境下具有很大实际应用价值。     

我校参加研制的三自由度可载人运动仿真器通过鉴定

由我校系统科学与管理科学系和中国船舶研究中心联合研制三自由度可载人艦船用运动仿真器,是一个大型三自由度载人转台,它的外框转动部分达8吨,内框除安装有关艦船操纵控制仪表外,尚可载操纵人员三名;它又是一个低速转台,具有很高的调速范围,最低低运转速度低于每天一转。我校承担了转台系统的设计、安全操作系统的设计,研制了系统控制柜、操作台。整个系统(包括安全操作系统)的调试是在无锡船舶研究中心的同志配合下进行的,并于1982年     

电磁驱动球形机器人转弯特性分析

本文提出一种电磁驱动全方位运动球形机器人驱动原理.采用几何分析的方法,推导出球形机器人低速运动时,转弯半径的表达式;利用分析力学的力平衡、力矩平衡方法,考虑到离心力、陀螺效应等因素的影响,对球形机器人的转弯特性进行了深入的分析,分别建立了球形机器人中速、高速运动时的转弯半径计算方程;通过对比分析,验证了所建立的转弯半径计算公式的正确性.     

两轮自平衡机器人运动平衡控制研究

对两轮自平衡机器人的运动平衡控制进行研究。通过搭建两轮自平衡机器人实验平台,采用Newton-uler法建立动力学模型以及针对机器人的运动控制、平衡控制和伺服控制设计相应的PID控制器。物理实验表明,机器人在外界冲击干扰和阶跃干扰的作用下,能够维持自身平衡同时可以执行相应的运动控制命令。结果表明,提出的两轮自平衡机器人运动平衡控制的方法是合理有效的。     

前置式气平衡抽油机失载时运动与动力分析

根据机械动力学的基本原理,用求解机器真实运动的方法分析了电机工作状态、平衡气压、抽油机冲次、失载位置、系统的转动惯量等因素对气平衡抽油机失载后各构件的受力和运动状态的影响。动力分析表明,高速级的转动惯量和平衡气压是影响失载后构件受力的主要因素,各构件和运动副的受力经过一个突变后再逐渐增加,接近上死点时达到最大值,对失载后抽油机的保护,除适当加强连杆系统,抵抗短时过载的冲击外,还有必要安装使平衡系统具有减压、放气和阻尼、缓冲功能的保护装置。     

基于SAW传感器的球形电机位置检测方法的研究

球形电机能实现在空间多自由度的运动,具有相对优良的性能。球形电机转子的位置检测在电机控制系统中具有重要作用,也是球形电机在今后研究的重点方向和难点问题。在研究过程中立足于球形电机结构机理,对球形电机的位置检测进行大量研究,将永磁球形步进电动机作为研究对象,提出了一种基于无源无线SAW传感器的新型球形电机位置检测方法。     

基于线性二次调节器算法的两轮自平衡机器人最优控制方法

两轮自平衡机器人作为一种多输入多输出系统,虽然已在许多日常使用中得到应用,但大多数研究只关注通过试验实验或使用简易的数学模型来达到平衡.为了研究两轮自平衡机器人完整数学模型建模和运动平衡控制器设计,首先,根据机器人的电机模型、车轮模型和摆体模型,推导机器人运动的状态空间模型;其次,分析系统的可控性和可观性,并结合状态估计和反馈控制设计具有状态估计的反馈控制器,同时引入线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制方法以完善控制器在机器人运动中的控制效果.仿真实验结果表明:具有状态估计的反馈控制器和LQR控制方法对于这类自平衡机器人运动平衡控制具有良好的稳定性和鲁棒性.     

永磁球形步进电动机及自适应控制方式

针对永磁球形步进电动机,运用卡尔丹角旋转建立了转子固连坐标系下电动机转子动力学模型.结合对步进式结构球形电动机进行电流控制的思想,设计了基于输入-输出稳定性理论的控制方案.然后,对电动机负载影响转子各轴向转动惯量的情况设计了一种新的自适应控制方案,使得转子在负载状况下仍然可以作连续轨迹(CP)运动.最后,结合已得的转矩模型,利用广义逆计算16个定子线圈的通电电流,完成了控制方案的实现.     

改良复乳法（W/O/W）制备聚乳酸载药微球

在复乳法的基础上,研究了渗透压在制备微球过程中对微球形貌、突释效应和释药性能的影响.扫描电子显微镜(SEM)、结果表明,PLA-CEZ呈现完整的球形.体外释药曲线显示,表面多孔的载药微球具有明显的突释效应,此后是缓慢释放阶段.因此,可以通过改变微球的结构来控制头孢唑啉钠的释放.     

一种永磁球形同步电机系统滑模控制方法研究

针对永磁球形同步电机多变量非线性系统导致的抗干扰能力差、抖振等问题,该文提出了一种永磁球形同步电机系统滑模控制方法.基于对永磁球形同步电机新型结构的优化设计,采用麦克斯韦应力张量法建立了悬浮和旋转方向的动力学模型.在旋转方向的速度环和位置环设计了一种指数趋近律滑模控制算法,同时在悬浮方向引入终端(Terminal)滑模...     

仙人掌科花粉形态的扫描电镜研究

利用扫描电子显微镜,对仙人掌科7属8种植物的花粉形态进行观察研究.结果显示:蟹爪兰属、仙人掌属的花粉粒为球形,具散孔;昙花属的花粉粒为球形,具3沟;长疣球属的花粉粒为球形,具4沟;子孙球属的花粉粒为近球形,具3沟;令箭荷花属花粉粒为长球形,具3孔沟;乳突球属花粉粒为长球形,具3沟.花粉粒大小、形状和外壁雕纹属、种间差异显著.     

静电喷雾灭蝗机具的机械设计

为适应大面积高效地面喷洒药液防治蝗虫灾害,基于静电喷雾理论设计了喷洒灭蝗机具.机具已成功地应用于新疆草原灭蝗工作中,并取得了良好的效果.该机具以四轮驱动越野车作为载具,安装了发电机组、喷洒风筒部件、机架部件、高压静电发生部件、喷筒回转部件、电动推杆部件、底架部件、加药泵部件、储液罐部件等.实现了在驾驶室内可控制喷雾的启停、喷筒的俯仰及左右摆动.阐述了动力传送、喷洒风筒、喷筒回转部件和机架制动器等主要部件的工作原理、设计过程及运动分析.导出了喷筒回转部件中电动推杆工作行程的计算公式和介绍电磁制动控制器的设计结构及运动分析.     

含间隙超音速二元弹翼非线性颤振与主动控制

研究含间隙超音速二元弹翼非线性颤振特性和主动控制问题．采用三阶活塞理论建立了含间隙二元弹翼非线性气动弹性动力学方程,利用Hopf分岔理论、谐波平衡法和数值方法,分析了系统的非线性颤振特性．应用基于微分几何法和二次型最优控制相结合的方法设计非线性系统控制器,推迟临界分岔速度．应用滑模变结构控制方法设计控制器,有效抑制非线性颤振,并讨论了控制参数对控制效果的影响．仿真结果表明,所设计的控制律可以有效地实现对含间隙超音速二元弹翼系统非线性颤振的控制．最后计算了在基础激励扰动下系统的动态响应,分别得到了周期运动、多周期运动、概周期运动以及混沌运动．     

滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求,具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节,设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人,其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力;随后,又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真,最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值,并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。     

载流导线在磁场中混沌运动区域分析

研究了载流导线在磁场中的混沌运动,利用伽辽金原理及Melnikov方法推导出了载流导线发生混沌运动的临界条件,并讨论分析了导线张力、电流等因素对载流导线混沌运动区域的影响．     

基于高速球形摄像机的运动目标检测与实时跟踪系统

利用高速球形摄像机和图像采集与处理单元,设计了一种运动目标检测与实时跟踪系统．首先用混合高斯背景模型实现对运动目标所在区域的识别,由此确定运动区域的质心,并以该质心为中心初始化跟踪窗口;然后在目标区域内提取颜色特征,通过CamShift算法计算目标的精确位置并调整搜索窗口大小．系统利用这些信息,通过串口控制高速球形摄像机的运动,使目标始终位于摄像头的视场范围内,并尽可能位于视场中央,以实现对运动目标的快速准确的实时跟踪．在艾立克一体化球形摄像机上进行了实验,验证了本系统的有效性．     

声空化泡动力学及其测量

在评述当前声空化研究领域的最新进展基础上, 报道在声空化泡动力学理论和实验方面的研究结果. 首先, 考虑了实际非球对称声场驱动下的空化泡运动, 提出了一个非球形气泡动力学模型, 数值计算给出一种新的稳定的非球形振荡解. 然后, 设计了双路Mie散射系统, 对空化泡运动的球对称性进行了实验检测, 发现在低声压驱动的大气泡中存在明显的不同方向的非同步振荡. 作为一个推论, 得到了空化泡非球形振荡的证据. 并且完成了非球形振荡和驱动参数、液体参数的相关性测量, 具体参数包括驱动超声的幅度、频率, 液体的表面张力系数、黏度、含气量等. 最后, 介绍了数字移相频闪照明拍摄技术, 实现对稳态声空化泡的直接拍摄测量, 时间分辨率提升到20 ns, 相比已有的200 ns的时间分辨率, 提高了一个量级.     

球形机器人准静态学分析及其路径规划方法

针对现有球形机器人在动力学分析及控制系统设计时遇到的计算量大、实时性差的难点,提出将机器人的转向和向前驱动运动分开独立执行的设计原则.根据球体滚动中的实际情况,利用转速矢量的投影关系,建立了机器人的两输入、五输出的准静态学运动方程,当要求转速不高的情况下,可以对球形机器人进行基于运动学的控制.提出了一种在运动解耦方式下的点对点直线插补式路径规划方法,这种方法可以逐点逼近任意要求的轨迹,具有一定实际工程应用价值.     

双盘球式自动平衡装置动态特性分析

球式自动平衡装置用于在线自动平衡转子的不平衡,并对振动进行控制。目前相关研究集中在平面运动的单盘球式自动平衡装置,然而实际高速运动的转轴大多产生非平面运动。考虑转子系统动不平衡,建立双盘球式自动平衡装置的数学模型,采用拉格朗日方程推导运动微分方程。通过平均法对稳定性和主共振进行理论分析论证,进行数值模拟仿真,分析不同转速转子的运动特性和滚球运动规律。研究表明,该装置在过临界转速时发生稳态振动,有良好的平衡制振性能。研究结果可为自动平衡装置设计提供理论参考。     

不可压缩Ogden材料组成的球体的有限振动

研究了各向同性不可压缩超弹性Ogden材料组成的两种球形结构（实心球体和含有微孔的球体）在外表面拉伸载荷作用下的径向对称运动问题．首先给出了问题的基本控制方程和初边值条件，求得了描述球形结构运动的二阶常微分方程．通过对解的定性分析，证明了球形结构随时间的运动为非线性周期振动．