基于PSO的气动人工肌肉驱动关节优化的研究

提出在气动人工肌肉驱动的关节系统中,存在一个最优关节设计,包括关节半径、肌肉附着点最优位置等,使得对同一系统输出转矩达到最优.通过分析气动人工肌肉静态特性模型,推导出关节静特性模型.改变气动人工肌肉的状态参数进行仿真,得到关节半径变化、肌肉附着点变化与关节输出转矩、收缩量之间的关系,并利用PSO计算出最优关节半径与肌肉附着点最优位置.此分析方法与结果对气动肌肉驱动的仿生手臂的结构设计起到有效的指导作用.     

水压人工肌肉的压力控制与静态特性试验

水压人工肌肉与气动人工肌肉因介质压缩性差异,驱动控制过程和特性不同.为了实现对新研制的高强度水压人工肌肉的驱动控制并分析其静态特性,提出了新的水压人工肌肉压力控制回路,建立了测试试验系统.压力控制回路调压试验表明,在水液压比例节流阀10% ～ 90%输入范围内,水压人工肌肉驱动压力可实现较大范围的线性调节;静态试验结果表明,水压人工肌肉收缩量、驱动压力和输出力满足理论关系式.所研制的水压人工肌肉能够承受4 MPa的内部水压力和14 kN的负载拉力,通过静态特性试验及与现有静态模型比较分析,获取了模型参数,为水压人工肌肉机械关节的驱动与控制提供了条件.      

水压人工肌肉三自由度关节试验系统设计

根据人体肩关节的运动机理,设计了串并联混合式三自由度水压人工肌肉机械关节.参照人体肩关节输出力矩范围,设计了机械关节输出转矩,计算确定与机械关节相匹配的水压人工肌肉参数.根据水压人工肌肉在不同工作压力下的力位移特性,分析关节的转角转矩关系.设计并搭建了三自由度关节试验系统,该系统在承受一定力矩的情况下可实现三自由度回转运动,为深入研究水下作业机械手的运动控制、操纵性能提供了条件.      

气动人工肌肉驱动关节PID位置控制

气动人工肌肉是一种由气压驱动的收缩型气动执行器,由气动人工肌肉驱动的人工关节具有重量轻、柔顺性好等特点.由于人工肌肉存在着明显的非线性、滞环大等缺点,对其位置控制有一定的难度,必须采取适当的控制策略才能得到较高的控制精度.本文介绍了一种以人工肌肉驱动关节为控制对象的位置控制系统,通过PID控制算法实现位置闭环控制.实验结果验证了控制策略的有效性,为气动人工肌肉驱动关节的应用打下基础.     

气动人工肌肉动静态性能模型分析研究

气动人工肌肉性能模型对气动关节运行的准确性和稳定性起到关键作用,该研究通过对气动人工肌肉的相关研究内容进行了整理和分析,总结了国内外相关机构的研究成果,根据气动人工肌肉的结构特点,分析了其静态特性模型和动态特性模型的建立方法,模型的建立有利于更好的建立精确运动的气动人工关节及消除残余振荡研究有指导作用.     

气动人工肌肉关节驱动特性实验研究

针对气动人工肌肉柔软的物理特性，设计一种新型的气动人工肌肉实验台，该试验台采用气缸作为气动人工肌肉的负载，自动测量气动人工肌肉的参数；通过对实验数据进行拟合，建立简单实用的静态特性模型；对由一对人工肌肉组成的关节进行静态实验和阶跃实验，实验结果表明，气动人工肌肉关节线性度高，但响应速度低，存在滞环．     

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.     

类人气动肌肉模型与实验研究

在理论分析和实验的基础上，建立了人工气动肌肉的数学模型．该模型中考虑了橡胶管弹性、类人气动肌肉壁厚、人工肌肉末端弧度、编织网线之间以及编织网和橡胶管之间的摩擦力对气动肌肉驱动特性的影响．设计实验系统对人工气动肌肉进行了等压实验、负载拉力恒定实验和等长实验，实验结果与改进后的模型仿真结果吻合较好．     

气动人工肌肉驱动多自由度平台的非线性特性

以气动人工肌肉为驱动器，构造了一个新型的多自由度平台实验系统，基于对其运动特性的分析。建立了以微分方程表达的系统的非线性动力学模型，并进一步将其变换成状态空间的仿射非线性表达形式．通过数字仿真结果和实验结果的对比，证明了所建立的数学模型的正确性，并得到了该系统的一系列非线性特性．结果表明，气动人工肌肉驱动的多自由度平台具有很好的可控性及稳定性．     

一个由Mckibben肌肉驱动的类人关节

建立了一个类人的机器人关节,由两条对抗设置的Mckibben人工肌肉驱动. 简单介绍了Mckibben肌肉的力特性模型,推导了关节角度和Mckibben肌肉长度间的关系,从力学角度讨论了最大可能旋转角度,分析了Mckibben肌肉与关节的连接位置及关节结构参数对关节旋转角度的影响,并把类人关节和人类关节进行了比较. 结果表明,Mckibben肌肉的收缩率和关节结构参数对关节旋转角有较大影响,关节内侧的Mckibben肌肉与关节的适中连接位置可使关节角达到极大值.     

牵引力控制系统中最优驱动力矩控制

为了解决低附着路面上发动机输出力矩过大引起的驱动轮过度滑转及路面附着系数利用率低的问题,提出了牵引力控制系统中最优驱动力矩控制的概念,并给出了其实现方法.将理论分析结果和实车试验数据特点相结合,利用参考车速来估算路面附着系数并由此计算最优驱动力矩.利用PID控制器控制发动机动态输出力矩以实现最优驱动力矩控制.实车试验结果表明;低附路面上该方法能够有效控制发动机的驱动力矩,使得驱动轮的滑转率保持在最优滑转率处,对路面附着系数的利用率达到90%以上,该方法能够提高车辆在低附路面上的驱动能力.     

挠性接头角刚度静态测量方法研究

挠性接头角刚度的测量精度直接关系到陀螺仪的控制精度和灵敏度,但传统方法存在较多问题。根据挠性接头角刚度静态测量原理,基于不同的加载方式提出2种角刚度静态测量方法,即机械式加载角刚度测量和压电式加载角刚度测量。搭建以电动倾斜台为分度加载驱动的机械式挠性接头角刚度测量系统,进行挠性接头角刚度测试试验,得出挠性接头角刚度数值。针对机械式加载测量方法中测试结果不稳定的问题,设计利用压电促动器的静态加载机构,提出了一种利用压电促动器测量挠性接头角刚度的方法。使用ANSYS Workbench对压电加载机构位移输出进行仿真,位移输出满足挠性接头角刚度静态测试加载要求,验证了压电式静态测量方法理论的可行性。     

永磁球形电动机转矩特性的数值计算与分析

提出了一种新型永磁球形电动机的基本结构与运行机理,建立了其三维有限元分析模型;针对驱动电机自转的转矩进行了数值仿真,得到了永磁球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线．通过比较分析球形电机不同转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及定子外壳是否采用铁磁材料时电磁转矩特性的变化,得出了提高球形电机输出转矩的有效途径．系统地分析了球形电机主要参数的变化对电机转矩的影响,得到了永磁球形电动机最大静转矩随定子极高度、定子铁心半径、永磁含量系数、线圈安匝数以及气隙长度等参数的变化规律．分析结果为永磁球形电动机的优化设计提供了依据．     

基于改进卷积神经网络的航空发动机剩余寿命预测

完成了不同拧紧力矩下复合材料层合板与金属板单钉连接拉伸静强度实验。建立了三维有限元模型,对层合板失效过程进行了分析。基于实验数据调整了层合板初始刚度,对数值模型进行了修正。修正后数值计算模型的连接强度与实验数据基本吻合。由分析可知,拉伸实验曲线达到强度极限前呈现近似双线性特征,斜率突变处发生了载荷衰减波动。试件接触面经历了初始静摩擦-瞬时动摩擦-静摩擦平衡的动态过程。M6螺栓拧紧力矩为8 N·m时,静载拉伸强度最大。连接强度的试验值与计算值误差均在6.7%以内。合适的拧紧力矩可获得最佳的连接强度,拧紧力矩过大会导致连接强度降低。     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

一种形状记忆合金丝驱动的微小型六足机器人

为解决有限空间中形状记忆合金（ＳＭＡ）丝驱动的转动关节臂输出角位移不足的问题,提出了两种方法：①减小关节的回转半径,用富余的输出力补偿输出角位移的不足;②在三维可用空间中布置ＳＭＡ丝,增大ＳＭＡ丝的长度,开发了一种ＳＭＡ丝驱动的六足步行机器人,机器人的肢体布局和结构符合仿生学原理,轮廓尺寸为２５ｍｍ＊２５ｍｍ＊２５ｍｍ。并介绍了一种实用该机器人静步态行走的控制策略。     

振动攻丝扭矩信号处理中应用小波分析

介绍了小波分析理论及Mallat快速算法，将它应用于振动攻丝扭矩信号分析中，并从扭矩信号静态值提取和动态力分离二个方面，详述了小波分析在振动攻丝扭矩信号处理中的应用．研究表明：该方法能够有效地从振动攻丝扭矩信号中提取出它的静态值和动态力。     

影响电梯曳引能力的主要参数及其优化

为了提高电梯曳引传动的有效性，对影响曳引能力的3个主要参数轿厢质量系数、运动加速度和平衡系数进行分析．通过提出轿厢质量系数的概念，得出了最佳平衡系数的数学表达式．使动态和静态工况下有相同的曳引需求，得出了有实用价值的静载系数表达式．把制动过程与驱动过程同等看待，得到了制动过程中保证曳引传动不失效的合理的制动力矩．