小型斯特林热声发动机谐振管内径的影响研究

基于线性热声理论, 对一台小型热声斯特林发动机进行了数值仿真, 并进行了相应的实验研究. 计算和实验结果表明, 谐振管内径的变化对于小型斯特林热声发动机的谐振频率以及性能具有十分重要的影响. 适当减小谐振管的径向尺寸, 能够有效降低整机的谐振频率, 提高系统波动压力幅值, 这对于热声斯特林发动机的小型化具有重要的指导意义. 根据计算和分析, 搭建了一台小型热声斯特林发动机, 其谐振管的长度和内径分别为350 mm和20 mm, 工作频率为282 Hz, 当充气压力为2 MPa, 加热量为637 W时, 系统最大压力峰峰值和压比分别达到了0.22 MPa和1.116, 初步具备驱动热声制冷机或者热声发电机的能力     

仿蜥蜴机器人单腿运动水动力特性仿真及实验

仿蜥蜴机器人是模拟蛇怪蜥蜴运动方式实现水面行走的机器人,其脚掌的运动特性决定了机器人能否实现水面行走.本文通过构建机器人单腿驱动机构及脚掌模型,运用ADAMS软件分析了机器人单腿驱动机构在不同速度时脚掌处入水特性;利用计算流体动力学分析软件FLUENT中动网格技术,仿真分析脚掌拍水、扑水和恢复运动过程,分析机器人单腿驱动速度与空气腔形成的关系,结果表明转速不低于270 r/min时,脚掌能够形成空气腔;最后在实验室环境下进行机器人水面行走实验,实验结果与理论分析结果相符.     

肠道内可变直径胶囊机器人的动态特性

提出一种以外旋转磁场驱动的具有径向间隙自补偿功能的可变径胶囊机器人, 研制了外旋转磁场驱动装置和可变径胶囊机器人样机, 建立了胶囊机器人在柔弹性环境内的径向动平衡方程和机器人运动方程, 对胶囊机器人在柔弹性壁和刚性壁流体环境内的动态特性进行了比较分析, 理论与试验研究表明变径胶囊机器人在柔弹性管和刚性管内具有几乎相同的动态驱动特性. 在径向间隙自补偿功能作用下, 显著提高了胶囊机器人外表面螺旋肋处的流体动压力、推力和胶囊机器人的管径适应性, 通过旋转磁场转速的调整, 实现了机器人推力与速度的控制. 该新型胶囊机器人具有适合柔弹性管壁内驱动的特点, 在人体肠道复杂环境内的介入医疗领域具有良好的应用前景.     

狭小空间匍匐式四足机器人的稳定行走控制及运动策略

现代装备日益庞大、复杂,各分系统和模块间形成大量结构形状复杂的狭小空间,检测此类狭小空间内的设备状态对保障系统安全、降低运营成本具有重要意义.受壁虎能够在狭小空间顺利攀爬运动的启发,我们发明了仿壁虎匍匐运动机构和黏附脚掌,这种机器人在狭小空间,特别是宽度受限空间的运动稳定性为机器人运动规划的核心问题.本文研究宽度受限情况下匍匐式四足机器人的运动稳定性,作为对比,同时研究非受限情况下匍匐四足机器人的稳定运动设计.本文提出了一种保障运动稳定的重心轨迹规划方法,结合纵向稳定裕度和静态稳定区域方法,使用双支撑三角形减少支撑区域的约束条件,保留前向边界和后向边界的稳定裕度计算以简化步骤,提高了稳定裕度计算和重心轨迹规划的效率;提出在宽度受限情况下匍匐式四足机器人的运动策略,四肢向内收拢适应宽度受限约束,分析受限宽度下机器人的稳定裕度和最大步长.实验验证了该机器人在受限空间前向和横向运动的稳定性及运动控制方法.     

提高抑制流动分离能力的等离子体冲击流动控制原理

由于介质阻挡放电等离子体气动激励诱导的气流速度及其抑制流动分离的能力难以显著提升, 因此研究新的技术途径提高等离子体气动激励抑制流动分离的能力是十分必要的. 提出基于冲击气动激励的等离子体冲击流动控制原理, 包括冲击激励、涡流控制、频率耦合等内涵, 通过理论研究、实验和数值仿真, 研究了等离子体冲击气动激励机理, 以及等离子体冲击气动激励提高抑制流动分离能力的原理, 并在100 m/s来流速度下验证了等离子体冲击流动控制原理的有效性.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

垂直相分离冷凝管内气泡泄漏机理

提出相分离冷凝管在管内悬空布置微米级金属丝网,形成"气贴近管壁,液在中心"的流动结构,在管壁形成超薄液膜,显著提高管内冷凝换热系数.然而,相分离冷凝管内气泡向丝网中的泄漏,可能影响冷凝传热强化.为避免气泡泄漏,本文基于杨-拉普拉斯方程,通过考虑惯性力、黏性力及冷凝管内特有的脉动流等因素,提出相分离管内气泡泄漏的理论判别式,发现气泡泄漏主要取决于无量纲参数G*与We数;利用VOF方法发展了相分离结构中两相层流流动的数值模型.对气泡泄漏现象进行数值分析,结果表明,气泡泄漏出现在气泡顶端,与实验吻合良好;通过对比不同G*与We数下气泡运动规律,获得了气泡泄漏临界曲线,确定了气泡泄漏理论判别式中的待定参数,最终给出垂直相分离管内气泡泄漏临界判别表达式,为相分离冷凝管的设计及运行提供了理论依据.     

日本2008年度机器人大奖

最近,日本经济产业部评选出2008年度机器人大奖,共有8项设计获得这个奖项。1.组装搬运机器人电动小型组装搬运机器人是2008年4月上市的,机器人中的组合直动轴和旋转轴实现了高速运转。另外,这些机器人可悬吊于工厂的顶棚，能够以最短距离移动工件，可用于汽车、电气电子产品和机床的生产。     

昆虫机器混合系统:从自由状态控制到自主智能调控

以昆虫作为载体,采用光/电等外部调控手段对其运动行为进行干预或控制,实现可静态预设或动态控制的昆虫机器混合系统,也被称作昆虫机器人.这类微型动物机器人在运动稳定性、环境适应性、隐蔽性等方面拥有天然的优势,在搜救侦查、科学研究等众多领域具有重要的应用价值.随着神经科学、微机电系统、人工智能等研究领域的快速发展,昆虫机器混合系统研究正从自由状态控制发展至自主智能调控阶段.本文回顾了昆虫机器人在受控运动模式、可控动作类型、达成控制任务等方面的研究现状,总结了昆虫机器混合系统研究框架,评述了基于不同调控原理实现的典型昆虫机器混合系统研究进展.在此基础上,分析了昆虫机器混合系统在神经调控机制、微型控制系统、刺激技术及方法、智能控制系统等研究中面临的困难、存在的问题,预测了未来的发展趋势.     

大壁虎脑立体定位的方法与装置

壁虎具有卓越的三维空间无障碍运动能力, 其脚掌的黏附机制成为国内外生物物理研究的热点, 其运动规律成为非结构环境下机器人和生物机器人研究的良好模型. 为揭示大壁虎(Gekko gecko)脑内运动功能的时空编码规律, 首先对大壁虎的运动进行干预, 提出了一种大壁虎脑立体定位方法, 并根据大壁虎颅骨结构研制了相应的脑立体定位装置. 该装置与通用脑立体定位仪相匹配, 定位准确、操作简单, 适用于不同大小的成年大壁虎的脑部实验. 通过大壁虎脑图谱的初步制作、脑内核团的损毁以及脑内特异性运动核团的空间定位等诸多实验验证, 该装置能够满足大壁虎脑功能的研究需要.     

基于微穿孔板和卷曲背腔复合结构的低频宽带吸声体

通过引入卷曲腔的概念并结合微穿孔板所设计的吸声结构具有深亚波长厚度、低频宽带吸声和高效吸声的特性.通过理论分析、数值模拟和实验,揭示了卷曲吸声结构工作的物理机制.首先在理论上分析单个吸声体的吸声性能并进行了数值和实验验证,两个吸声单体的共振频率分别为282和429 Hz.进一步,基于模耦合理论将低/高频吸声单体联合起来,设计出一个厚度只有100 mm(～λ/12,λ为相对低频吸声单体共振频率对应的波长),在较宽频带(232～533 Hz)内吸声系数大于0.5,在262～469 Hz内吸声系数大于0.8的宽频高效吸声结构.理论、仿真与实验结果符合较好.与传统的大体积吸声结构相比,本研究提出的轻薄高效吸声体具有结构简单和容易制造等特点,在低频噪声控制工程中有潜在的应用前景.     

直线运动式发电机的制作

正实验目的观察、分析磁体、导体在运动过程中,导体切割磁感线从而产生电流的现象,理解电磁感应的科学原理。实验器材长度为100mm、直径为10mm的吸管1根,LED红、白发光二极管各1根,线径为0.2 mm左右的漆包线若干卷,长为10mm、直径为8mm的磁铁1个,透明胶带、反弹塞子等。     

一种新的重力理论——重力的局部de Sitter不变理论

一按照典型时空理论,在以 de Sitter 群(?)为运动群的常曲率时空中存在着惯性运动和惯性坐标系.由于 de Sitter 群综合了齐次Lorentz 群(?)和“平移”变换,又是(3,1)号差的Riemann 流形所允许的最大运动群,因此,从局部 de Sitter 不变的角度来描述重力过程,     

非连续约束变结构杆机构机器人:运动与控制的若干仿生基础问题

在非连续约束变结构机器人运动机构的仿生概念及模型研究基础上, 系统分析这类机器人的机构学、冗余驱动下的运动协调、非连续接触引发的动力学、机器人脚及地面反力、爬壁杆机构机器人黏附性脚掌的设计及相关微制造和相关步态规划与控制策略的研究现状和存在的主要问题, 提出未来发展的建议.     

有机器人相伴的生活人类明显不安

英国赫特福德郡大学的人类和机器人互动研究专家刚刚结束了为期1年的系列实验,以了解机器人最好拥有怎样的外观和性能,以确保在人类能够接受并感到舒适的前提下为人类提供服务。实验在英格兰哈特菲尔德附近的一幢有点像学生公寓的普通房屋里进行,研究对象是1个头部为银色、身高120cm、靠3个轮子移动的机器人。实验得出的初步结果表明,机器人做伴会导致人类出现明显的不安情绪。一个有代表性的实验是:让参加实验的人坐好,然后让机器人以事先设定好的路线靠近他,结果显示,人们普遍不喜欢机器人在他们身后移动。当机器人直接从正前方靠近时,大…     

仿蝗虫脚掌的机器人脚结构设计及其优化

基于蝗虫脚掌有利于稳定附着的主要几何形态和材料特性,设计了一种新型具花瓣型结构的机器人仿生脚掌结构,并利用非线性有限元方法对其进行了接触力学和抓地性能分析.同时,利用快速成型法制备了机器人仿生脚掌试样,对其进行摩擦性能实验,以验证有限元分析结果的可靠性,并在此基础上进一步对脚掌结构进行优化设计.研究结果表明,仿蝗虫脚的机器人脚掌结构具有优良的地面抓附能力.在保证机器人脚一定承载能力的条件下,花瓣数目越少,机器人脚掌的抓地性能越好.     

面向靶向医疗的微纳米机器人

微纳米机器人指的是尺度在微纳米级别(几纳米至几百微米)的微型机器人，其能够将磁能、光能、声能或其他形式的能量转化为机械运动，具备能完成更高效、更精确局部诊断和靶向治疗的潜在功能，在生物医学领域有广阔的应用前景。文章详细介绍了微纳米机器人的制备方法，阐述了相关驱动手段，总结了其在靶向医疗应用方面的研究进展，并讨论了其在活体应用时面临的挑战以及未来的发展方向。     

磁性微纳米尺度游动机器人:现状与应用前景

微纳米机器人在生物医学、环境检测和处理等多个领域具有非常重要的潜在应用,而磁场作为一种可以驱动并控制微纳米机器人的无线操控手段,具有获取简单、调试方便、能够无损穿透生物组织等特点,因此关于如何将磁场应用在微纳米机器人领域的课题一直受到国内外研究者的广泛关注.本文对目前磁场在微纳米机器人中的应用进行了简单的分类与归纳,介绍了相关机理,阐述了磁场在微纳米机器人领域的重要地位,旨在为今后的相关研究提供参考.     

机器人正走入我们的生活

正利用生物学原理生产机器人,我们可以坐等智能行为的发生。这个珍珠白色人形的儿童机器人名叫"iCub",它平静地看着那个妇女移动摆在桌上的积木,但在它的内心,想象力却正如天马行空般一路狂奔……研究人员正在对iCub进行测试,评估它追踪他人心理状态的能力。著名的心智理论描述过人类许多复杂的心理特征,比如移情和欺骗。在这次测试之前,许多机器人已经展示了在这些方面的不凡能力。但是儿童机器人iCub和它们截然     

处理温度对聚合物蛋白石基光子晶体禁带的影响

研究了聚苯乙烯微球自组装形成的蛋白石结构光子晶体在不同温度处理后的微观形貌与反射光谱. 实验结果发现随着处理温度的升高, 蛋白石结构中的聚苯乙烯微球向正十二面体转变, 反射光谱峰值向着短波长方向移动. 实测结果证明了填充率和有效折射率对禁带位置的影响, 并与理论模拟结果相符.