高机动越障机器人攀登机构的关键问题解析

介绍了一种适合于野外非结构环境下的移动机器人，它由双曲柄加弹簧的攀登机构和两个四边形高架机构的组合变形机构组成，越障过程表现出足与轮的双重功能，具有很强的自越障能力．基于六轮高机动性越障机器人，对攀登机构进行了力学建模，采用ADAMS仿真和实验法，对攀登机构的结构参数进行了优化，并采用虚位移原理对有弹簧和无弹簧的力学分析进行了比较，定量地分析验证了弹簧在越障过程中所起的至关重要的作用．     

新一代轮式机动平台制动性能影响因素分析

为了确保新一代轮式机动平台的安全性、合理性,研究制动系统中关键制动元件对新一代轮式机动平台制动性能的影响,以某型号8×8全电驱动越野车开发的新一代轮式机动平台全液压制动系统为研究对象,建立了双回路脚制动阀和继动阀理论分析模型,运用AMESim软件建立了新一代轮式机动平台全液压制动系统仿真模型,分析了脚制动阀阀芯遮盖量、上弹簧刚度及复位弹簧初始压缩量对制动性能的影响,并通过实验验证了仿真模型的准确性. 分析结果表明：随着上弹簧刚度增加、复位弹簧初始压缩量减小,输出制动力增大,响应时间增长;随着脚制动阀阀芯遮盖量减小,平衡时上弹簧压缩量增大,输出制动力增大;输出制动力受阀芯遮盖量、上弹簧刚度的影响比较敏感,响应时间受上弹簧刚度的影响比较敏感. 理论模型和仿真模型为新一代轮式机动平台性能调节及进一步优化提供可靠依据.     

大牵引力连续油管牵引器设计及仿真

针对水平井作业工具输送困难的问题,同时在满足钻磨作业的基础上,设计了基于液压伸缩原理的连续管牵引器。为满足井下牵引器对大牵引力、井下适应性、通过性、越障能力的要求,创新提出了自激式液压控制回路(无电缆),来实现牵引器协调控制相关动作,采用一种楔形燕尾滑槽弹性支撑结构,以适应井径变化同时满足障碍通过性,使用SolidWorks三维画图软件、 ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)运动仿真等软件建立连续油管牵引器的虚拟样机,验证其运动性能。结果表明:该牵引器在5~1/_2″套管中能够平稳行进,牵引力最大可达到10 000 N,满足设计标准。     

多轴轮式车辆通过连续障碍性能仿真研究

综合考虑了独立悬架系统行程特点及车辆越障过程中的悬空现象,建立了带独立悬架的多轴轮式车辆越障力学分析模型,对车辆通过连续越障的分析过程进行了离散化处理,并进行了仿真分析.得到了多轴车辆通过连续障碍过程中车身与地面干涉情况的定量结果,为多轴轮式车辆越障性能研究提供了理论依据.     

深海采矿机行星轮式行走机构越障行为

为了适应深海富钴结壳和热液硫化调查区复杂地形多变底质,提出了深海采矿行星轮式行走机构.利用虚功原理建立了行星轮式行走机构越障动力学模型,分析了越障高度的影响因素,按1∶2.25传动比确定行星轮系结构尺寸,利用ADAMS进行双边越障性能分析(垂直障碍高度900mm).行星轮系的结构尺寸、车体质心位置及附着系数对越障高度影响较大;各轮系越障时出现驱动力矩、速度和正压力急增的现象,前轮系的前轮越上障碍后,各参数值趋于平稳,后轮越障时又出现瞬时脉动,但脉动较小,后轮系也有相同的变化趋势,各轮的阻力矩和输出功率与正压力变化趋势相同.行星轮式行走机构可根据地变化在定轴轮系和行星轮系间演变,具有较好的自主越障性能.     

新型变形轮腿式移动机器人的运动学分析及设计

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、军事侦察、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.兼具良好的机动性及越障性是移动机器人快速适应非结构化复杂环境的首要性能指标,结合轮式行进机构强机动性与腿式行进机构优越障性的变形轮腿式移动机器人受到普遍青睐.然而,现有变形轮腿式移动机器人在设计与优化方面仍存在变形形式过于复杂、设计方法缺乏理论依据等不足.针对上述问题,提出一种结构紧凑、操作简便的新型轮腿变换结构,借助电磁离合器分离运动的原理,通过改变轮-腿变形动力输入促使轮与腿相对运动,以曲柄滑块机构触发轮-腿结构径向扩展,完成由轮式变形为腿式的过程.定义变形过程中曲柄滑块机构的压力角为机动性指标、变形前后结构的展开比为越障性指标,进而开展变形结构的尺度综合,优化结果表明新型变形轮腿式移动机器人的展开比为1.92,可越过高度为150 mm的障碍物.基于优化后的尺度参数,建立变形轮腿式移动机器人越障过程的动力学模型,确定驱动电机参数,设计并制造物理样机.最终开展软件仿真与实验研究,仿真结果与理论分析结果一致,表明优化设计方法与动力学建模方法的有效性,实验结果证明所设计的变形轮腿式机器人具有...     

履带式管道机器人变径机构仿真分析及优化设计

针对现有管道机器人变径方式单一、越障能力不足等问题，设计了一种具有自适应和主动适应功能的履带式管道机器人。选择丝杠螺母副变径和碟形弹簧组合作为变径机构，动力学仿真验证了碟形弹簧提供的力及其压缩量均能满足越障要求，并对变径机构进行了优化设计。优化结果表明，管道机器人步进电机的输出力矩相同时，机器人传力性能提升了22.3%,能够跨越更大的障碍。     

浮动负半径滚子推杆-凸轮机构的运动保真条件

将负半径滚子引入德国进口高速印刷机机构中,首次提出一种新型的浮动负半径滚子推杆-凸轮机构.通过引据"支撑函数法",系统地研究解决了浮动负半径滚子推杆-凸轮机构的曲率半径和"运动保真"条件.     

轮履复合式变形车轮机构参数分析

针对非结构环境地形的特点,结合轮式、履带式移动机构在复杂地形环境中的运动特点,提出了一种可在轮式、履带式之间进行自由切换的轮履复合式变形车轮的设计。利用序列二次规划算法,得出了变形车轮各机构参数对接地长度的影响,为最优化机构参数的确定提供了理论基础。分析机构参数对车辆通过性能影响,其结果研究表明：变径比越大,与轮式模式相比,履带式运动的越障优势越明显;同时,相对履带式运动而言,轮式运动快速灵活的优势也越明显。     

爬壁机器人的轮式移动机构的转向功耗

移动机构转向功耗是爬壁机器人的关键性能参数.该文基于Herz接触理论建立了轮式移动机构转向功耗计算模型,仿真分析了分别采用纯滚动转向、滑动转向及滚动滑动混合转向的3种典型轮式移动机构的原地转向功耗,并与双履带式移动机构进行了比较.研制了上述3种轮式移动机构样机.根据仿真及实验结果确定爬壁机器人采用纯滚动转向差动驱动方案,移动机构的原地转向阻力接近直线行驶时的滚动阻力,转向功耗小.     

微小井眼电机驱动连续管牵引器系统结构设计

微小井眼连续油管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,在中国应用前景广泛;但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。针对国内外牵引器的研究现状,设计了一种微小井眼井下电机驱动的CT牵引器,该牵引器主要包括上牵引器系统、六方中心滑管、下牵引器系统,直接利用四个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT进行顺利下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体,可适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好、牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下能延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

任务型履带单兵机器人系统设计与越障性能分析

军事用途机器人的应用很大程度上降低了士兵及工作人员作业的危险性,针对当前单兵机器人普遍具有的结构复杂、携带不便等问题,设计并研制了一种便于携带的任务型单兵机器人,其轻质、灵活的特点可快速响应侦察、排爆、采样等任务的需要。为分析机器人的越障机理并提高越障性能,通过建立质心运动学模型,对机械臂俯仰角、机器人俯仰角与凸台越障最大高度进行理论分析,并通过仿真实验得到了机械臂不同姿态下机器人越障的质心位置变化曲线以及对应的驱动转矩曲线,以此确定了最佳越障姿态,最终通过实物实验验证了结构设计的合理性及理论分析的正确性。为后续单兵机器人的发展和移动机器人越障性能的改善提供参考。     

氮气钻井岩爆动力学演化机制的数值模拟及岩爆实录特征分析

应用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.3,建立井底逐渐接近裂缝的数值模型,基于致密砂岩岩体内部微裂缝起裂时对应的等效塑性应变为判断标准,分别应用CWFS-DP(cohesion weakening and frictional strengthening-CWFS)内聚力弱化摩擦力强度准则、DP强度准则及MC强度准则进行平行数值计算,得出了氮气钻井井底岩爆的动态演化过程。研究表明,井底逐渐靠近裂缝过程中致密砂岩基质会产生两种不同的破坏方式,即是沿着潜在剪切面,向井筒剪切滑移破坏及应力集中条件下的微剪切方式的挤压屈服破坏,直至破坏区延伸连通低压井筒,裂缝内的高压气体及岩爆碎屑释放大量能量,产生井底岩爆。该研究成果可系统解释X8-2井井底岩爆发生前后随钻监测参数的异常变化,为准确判断氮气钻井井下工况提供了理论支撑,同时为及时采取针对性的对策措施提供了依据。     

伸缩式井下牵引器双向锁止机构设计

为提升伸缩式井下牵引器的牵引能力，设计了一种基于斜面自锁原理的伸缩式井下牵引器双向锁止机构。该机构使得牵引器能够在前、后方向与井壁自锁，克服了牵引力受限于恒定静摩擦力的问题；使得牵引器能够实现双向牵引，进而提高牵引器的牵引能力。双向锁止分为牵引锁止和复位锁止，通过对两种锁止状态下的双向锁止机构进行静力学分析，导出双向锁止机构满足双向锁止条件时的数学关系式，并对双向锁止机构进行了参数设计，使得牵引锁止为自锁锁止，复位锁止为非自锁锁止。建立牵引器前工作短节动力学仿真计算模型，完成了双向锁止过程仿真计算，验证了双向锁止机构参数设计的正确性和双向锁止的可行性。     

井筒重力热管室内实验与矿场试验研究

利用重力热管的高效传热特性,将其应用在井筒流体加热过程中,分析了重力热管加热效果的外部影响因素。结果表明,重力热管在不消耗额外能量的条件下,利用深部流体能量提高井筒上部流体的温度,能起到均衡井筒温度场的作用,进而改善井筒温度分布剖面。室内实验表明：工质类型、工质充液率、真空度对重力热管的传热效果有很大影响。矿场试验表明：在适当的条件下,能够将原油温度加热到原油凝点以上,降低原油粘度,改善原油流动性,井底抽油杆载荷,满足生产实际的要求;重力热管加热过程受井底温度、热管下入深度、油井产液量以及原油物性等因素的影响,随着井底温度、热管下入深度、油井产液量的增加,重力热管的传热效果变好。     

无人驾驶拖拉机实时避障路径规划算法

为了实现无人驾驶拖拉机在直线作业时的实时避障路径规划功能,提出一种在改进最短切线法的基础上用五次多项式函数规划路径的避障路径规划算法。针对最短切线法规划的路径曲率不连续、难跟踪控制的问题,首先采用改进最短切线法求相关坐标点,然后基于求得的坐标点用五次多项式函数求解路径,最后得到由两段五次多项式函数曲线和直线组成的曲率连续的避障路径。对避障路径规划算法进行仿真,结果表明,该算法生成路径长度短、实时性好、安全性高。基于常州东风无人驾驶拖拉机的运动学模型设计一种模型预测控制器,在Simulink与CarSim联合仿真平台上对无人驾驶拖拉机的避障路径规划及跟踪控制进行联合仿真,结果表明：与改进最短切线法相比,基于五次多项式函数的路径规划算法规划的路径跟踪控制精度更高,更易于跟踪控制。     

大型设备路面运输中八自由度减振基座结构设计及动力学分析

设计了一种八自由度的减振基座机构,并用Creo5.0详细完成了该基座的装配过程。在该基座的结构中应用某有限的减振弹压杆并结合齿柱断齿吸能原理初始假设。根据达朗贝尔原理在常规大型设备运输的条件中简化模型并建立了运动学方程,建立了合适的振动模型的评价机制。通过MATLAB等软件对于滤波白噪声等方法建立的时域模型进行求解,为该基座在垂直振幅、基座上端盖俯仰角和倾斜角提供了准确的仿真分析。最后通过理论模型建立和仿真结果分析,证实了该基座在一定速度范围内减振的可靠性,为后续的应用于实际生产中提供理论支持并奠定了基础。     

农田作业工况下拖拉机性能仿真分析与试验

探究拖拉机在农田作业工况下的动力性及经济性对有效提高农用拖拉机动力传动系统匹配的合理性具有重要意义。首先,定义了拖拉机农田作业工况下的性能评价指标。然后,应用Cruise软件搭建了农田作业工况下拖拉机整车仿真模型,根据实际性能仿真需求,在软件中设置相应的计算任务,完成了农用拖拉机的动力性和经济性的仿真分析。仿真结果表明,拖拉机的动力输出能够较好的适应农机具的加载特性及土壤的特殊性,并具有一定的动力潜力,体现了较好的动力性,在低档位及高档位高转速工况下,体现了良好的燃油经济性。最后,进行相应的实车试验,完成了仿真模型的校验,验证了搭建的拖拉机仿真模型的准确性,此模型可以为后续的拖拉机动力传动系统优化匹配提供模型参考。     

基于AMESim的农用发动机冷却散热器仿真分析与优化设计

以典型农用发动机冷却系统为研究对象,开展了基于AMESim仿真软件的建模、仿真分析与核心部件优化设计研究。在对发动机冷却系统基本结构及工作原理的分析基础上,应用AMESim软件中的冷却系统库、热力库、热液压库及信号控制库建立了发动机冷却系统的一维仿真模型。首先通过仿真计算分析发动机冷却系统中散热器的工作性能,并通过仿真值与试验值的对比,证实了所建立的AMESim仿真模型的可靠性,为冷却系统关键部件优化设计提供了模型与技术支持。然后,进行冷却系统散热器有效正面积优化设计的仿真研究,结果表明,发动机冷却系统对散热器的宽度更敏感,合理增大散热器有效正面积可以提高冷却系统对发动机的冷却效果。