扑翼飞行器驱动机构的优化设计与仿真

针对目前双曲柄双摇杆结构应用在扑翼飞行器设计上较少,研究分析了扑翼驱动机构基于最小传动角最大的优化设计方法。在对传统四杆机构图解法的基础上,建立最小传动角与扑翼机架长度的关系模型。根据鸟类扑翼飞行的仿生条件,导出了机架安装角与扑翼扑动幅值、曲柄驱动角运动方程。利用MATLAB进行求解,确定驱动机构最优设计方案。建立扑翼驱动机构的虚拟样机,在ADAMS平台上进行虚拟运动仿真。结果表明,驱动机构的优化设计模型与扑翼扑动理论参数模型一致,此优化设计方法可行实用。     

一种仿海龟扑翼推进机构设计

基于仿生学原理,分析海龟扑翼运动规律及扑翼推进机理,设计一种新型仿海龟扑翼运动规律的推进机构.该推进机构以凸轮机构和曲柄滑块机构为基础,具体设计了推进机构的几何参数,使推进机构能够逼近海龟扑翼的运动轨迹.以铰链机构为扑翼翻转的驱动机构,建立了该翻转机构的数学模型及优化设计模型,对该铰链翻转机构进行优化设计,逼近海龟扑翼在不同位置处的翻转角度.设计结果表明,该推进机构能模仿海龟扑翼的运动形式,在水下机器人领域具有广阔的应用前景.     

UUV扑翼驱动机构设计及其运动仿真

通过对海龟前肢运动特点的分析和研究,建立机构的运动模型,完成扑翼驱动机构的结构设计和驱动电机的选型.基于Unigraphic软件,实现了机构的虚拟样机设计和运动学仿真,获得了机构运动时的运动参数曲线,为扑翼水下航行器的研制奠定了基础.     

水下非对称扑翼运动的流体动力分析与机构设计

水下非对称扑翼运动不仅能够产生前向推力,同时使垂直于航行速度方向的平均升力不为零,基于这个原理可以更好地实现水下航行器的推进和操纵。利用计算流体力学方法对典型非对称扑翼运动算例进行了数值仿真计算,分析了非对称扑翼运动规律与流体动力之间关系。基于完全解耦的2自由度并联机构,对扑翼驱动机构进行了设计,并对非对称扑翼运动进行了运动学仿真。该机构不仅具有刚度好、运动精度高和系统惯性小的优点,而且其解耦特性使机构分析和控制系统开发的难度降低,同时更容易实现复杂的扑翼运动规律。     

两自由度仿生扑翼飞行机器人设计与运动分析

根据鸟类的飞行特性,设计了一种两自由度仿生扑翼飞行机器人。扑翼飞行机器人采用单电机驱动,能够实现扑动、扭转两自由度耦合运动,结构紧凑、运动高效,且机翼的运动形式接近鸟类。首先根据总体设计目标提出扑动-扭转耦合机构的运动特性要求,基于Adams建立了扑动-扭转耦合扑翼机构的运动学模型,通过仿真分析得到扑动和扭转运动的变化规律,并得到了翼尖轨迹曲线。扑动-扭转耦合机构的参数与设计结果达到了扑翼机构的运动要求,为仿生扑翼飞行机器人的设计和研究奠定了基础。     

仿生扑翼结构优化设计及动力学仿真分析

针对目前飞行器结构复杂、效率低下及动作单一等问题,设计一种新型仿生扑翼飞行机构,仅通过单驱动装置即可实现机构扑翼的扑动、折叠、扭转等运动。依据生物尺度率设计扑翼机构的结构尺寸并对机构参数进行优化;通过SolidWorks构建仿生三维模型并基于ANSYS Workbench对扑翼机构进行有限元分析,得到扑翼齿轮组、曲柄、主翼杆等主要部件的总形变、应力、等效应变及主、副翼动力学运动参数,为仿生样机研制提供理论支持。     

微型扑翼飞行器驱动系统工程设计方法

以微型扑翼飞行器研制为背景,从系统的角度提出了一种仿生扑翼驱动系统的工程设计方法。根据仿生尺度率原理,对微型扑翼飞行器的总体参数进行了初步设计,提出了驱动系统的设计目标。进行了扑动翼风洞实验,以实际能达到的飞行状态为标准对实验数据进行分析处理,获得了扑动参数的可行范围和功耗需求。对微型无刷电机进行了工作特性测试,得到了电机转速、转矩、输出功率、效率等的拟合关系。综合考虑扑动参数可行范围、功耗需求和电机特性等多个因素,对驱动系统的减速比分配、减速器优化和四连杆扑动机构计算等方面进行了设计,得到了具有良好系统匹配性能的微型扑翼驱动系统,并通过样机研制和飞行实验证明了设计方法的有效性与可行性。所得研究结论对微型扑翼飞行器的工程设计和研制有一定指导意义。     

基于扑翼式飞行器机构的研究

本文通过对鸟类骨骼和四种传统扑翼式飞行器机构的研究,针对单曲柄双摇杆传动机构扑翼运动的不对称性,从而影响运动的稳定性,以及双曲柄双摇杆传动机构虽然扑翼运动对称,但是只能简单的做上下扑动动作,而鸟类飞行翅膀还伴随着扭转动作,基于以上问题,本文设计出一可以模仿鸟类飞行时复杂扑翼运动的飞行器,扑翼既可上下扑动又可扭转,并分析了该飞行器的传动原理,利用三维软件Pro/E给出了扑翼式飞行器扑翼机构的三维模型,为未来全方位模仿扑翼运动提供一定技术支持。     

仿生扑翼机构的优化设计

建立了扑翼飞行器四连杆扑动机构的数学模型,运用遗传算法对该模型中的机构参数进行了优化设计.优化后的结果显示相对于原有机构其优化机构左右扑动角的不对称性降低为原先的17.07%.采用优化机构的扑翼飞行试验表明飞行中扑翼左右机翼的运动不对称性得到极大改善.从而为扑翼机构的设计提供了一定的理论和工程指导.     

仿生微扑翼机构的设计与机电耦合特性研究

根据昆虫扑翼飞行的原理，设计了一种基于昆虫胸腔式结构的静电驱动微扑翼机构。根据驱动机构的物理模型建立了机电耦合系统的非线性动力学模型，应用数值方法研究了系统在常值电压激励下的动态响应；在相空间中分析了系统的非线性动态特性，研究了阻尼和初值对系统动态特性的影响；讨论了系统在正弦激励电压信号下的响应。研究结论对微扑翼驱动机构的设计、制作和应用提供了一定的理论依据，对于其他静电驱动的微机电系统亦有一定的参考价值。     

Overall life cycle comprehensive assessment of pneumatic and electric actuator

Pneumatic actuators and electric actuators have almost been applied to all manufacturing industries. The two kinds of actuators can replace each other in most fields, such as the point to point transmission occasion and some rotating occasions. However, there are very few research results about the advantages and disadvantages of two kinds of actuators under the same working conditions so far. In this paper, a novel comprehensive assessment method, named as overall life cycle comprehensive assessment （OLCCA）, is proposed for comparison and assessment of pneumatic and electric actuators. OLCCA contains mechanical properties evaluation （MPE）, life cycle cost analysis based on users （LCCABOU） and life cycle environmental impact analysis （LCEIA） algorithm in order to solve three difficult problems： mechanical properties assessment, cost analysis and environmental impact assessment about actuators. The mechanical properties evaluation of actuators is a multi-objective optimization problem. The fuzzy data quantification and information entropy methods are combined to establish MPE algorithm of actuators. Two kinds of pneumatic actuators and electric actuators with similar bearing capacity and similar work stroke were taken for example to verify the correctness of MPE algorithm. The case study of MPE algorithm for actuators verified its correctness. LCCABOU for actuators is also set up. Considering cost complex structure of pneumatic actuators, public device cost even method （PDCEM） is firstly presented to solve cost division of public devices such as compressors, aftercooler, receivers, etc. LCCABOU method is also effective and verified by the three groups of pneumatic actuators and electric actuators. Finally, LCEIA model of actuators is established for the environmental impact assessment of actuators. LCEIA data collection method and model establishment procedure for actuators are also put forward. With Simapro 7, LCEIA comparison results of six actuators can be obtained： Fossil fuels are the major environmental factor of pneumatic and electric actuators; Environmental impact of electric actuator is large than one of pneumatic actuator under the similar mechanical properties and working conditions of pneumatic and electric actuators. The results are correct and correspond with the actual mechanical properties of actuators. This paper proposes a comprehensive evaluation method of the actuators, which can solve the critical problem that similar electromechanical products are very difficult to be compared with each other from the angle of performance, cost and environment impact.     

Towards flexible medical instruments: Review of flexible fluidic actuators

Flexible instruments, i.e. instruments presenting a great number of degrees of freedom and able to perform snake-like movements when avoiding obstacles, can find a lot of applications in the medical field. On the other hand, flexible fluidic actuators, i.e. actuators having a flexible inflatable structure and actuated by fluid, present interesting features regarding medical applications. Therefore, this paper proposes to use these actuators to develop medical flexible instruments.Firstly, the advantages and drawbacks linked to the use of flexible fluidic actuators are listed and a discussion about the miniaturization of fluidic actuators peripherics (such as valves) is led. Next, a literature review of the existing flexible fluidic actuators is established. It can serve as basis to develop flexible instruments based on these actuators.     

A new diagnostic technique for ball screw actuators

Ball screw actuators are electro-mechanical actuators that translate rotational motion to linear motion with little friction; they are used in precise engineering and particularly in aerospace applications where they replace hydraulic linear actuators. Until now, few diagnostic approaches have been developed with regard to fault detection and characterization of ball screw actuators.     

Synthesizing multi-axis flexure systems with decoupled actuators

The aim of this paper is to introduce a general systematic approach for synthesizing multi-degree-of-freedom (i.e., multi-axis) flexure-based precision motion systems with decoupled actuators. This approach utilizes the geometric shapes of the Freedom, Actuation, and Constraint Topologies (FACT) synthesis approach to help designers rapidly visualize and compare flexure topologies that could be used to successfully decouple any set of actuators intended to drive any set of desired degrees of freedom (DOFs). The ability to correctly synthesize such decoupled systems is important if their stages are intended to be driven by each of their actuators over large ranges without causing their other actuators to (i) experience harmful jamming forces in the case of displacement-based contact actuators, or (ii) displace from their optimally calibrated positions for the case of force-based non-contact actuators. Additionally, such decoupled flexure systems improve the controllability of their stages by minimizing how much the output of any one of their actuators affects the output of their other actuators. This paper provides the systematic steps of the proposed synthesis approach in the context of various case studies.     

水泥行业电动执行器的选型及发展趋势

实现新型干法水泥生产过程自动化,电动执行器起着十分重要的作用.本文介绍了水泥行业中电动执行器的应用、选型和智能电动执行器的应用和发展趋势.     

面向触觉力反馈的可穿戴柔性执行器研究现状

随着最新一代电子产业在可穿戴性、轻便性、舒适性等方面的需求,近年来基于柔性电子材料的执行器设计制造技术已成为商业消费电子和科研领域关注的热点。柔性执行器由柔性材料加工制作,与刚性执行器相比具有更优的轻薄性、柔韧性和适形性,在可穿戴设备的触觉力反馈中可对皮肤产生多种深浅、节拍和加速度可控的多点作用力,协同产生捏、按、拉等触觉行为,并且整体装置轻巧便捷。分类综述针对触觉力反馈的柔性执行器技术,从主体材料和驱动原理两方面对柔性执行器的工作机制和优缺点进行总结,分析了柔性执行器在虚拟现实、教育培训、医疗辅助等领域的应用情况和潜在价值。对用于实现触觉力反馈的柔性执行器的问题和研究难点进行了总结,并得出设计出安全、舒适、美观、安静等性能优良的柔性执行器是促进未来人机交互的研究突破点。     

浅谈电动执行器的选型应用及发展趋势

介绍了国内电动执行器的应用现状及国际智能电动执行器的发展状况,指出电动执行器结构、原理、选型和应用,并给出相应的日常维护保养建议。     

一种新型并联机构的运动学分析

该机构由动平台、静平台、上折页、下折页和作动器构成,动平台与上折页以球副连接,上下折页、下折页与静平台、作动器与静平台以及作动器与上折页以转动副连接。其中上下折页和作动器组成一组支链,支链内部也形成闭环,且由三组对称的支链构成这种折页式三自由度并联机构。为了获得该并联机构的运动学参数变化和奇异性,运用支链坐标系的方法,对该机构的每一个构件都做了详细的运动学分析,并且获得了该系统的雅克比矩阵和各构件的运动学参数。通过对雅可比矩阵的分析,获得了该机构的奇异空间。     

气动网格软体驱动器弯曲变形预测方法

气动软体驱动器作为软体机器人的关键构成单元,在气压作用下可以实现弯曲运动,但目前缺乏合适的方法来研究驱动器的弯曲变形。针对该问题,在分析气动网格软体驱动器弯曲变形原理的基础上,建立了驱动器单个气囊弯曲角度的数学模型并对其弯曲特性进行了分析,进一步建立了单腔室驱动器和多腔室驱动器的弯曲变形预测模型,通过有限元仿真和实物实验验证了弯曲变形预测模型的有效性。     

基于Cortex-M3的电动医疗床驱动与控制系统

为解决目前国内电动医疗床功能简单、技术落后等问题,提出了一种多个线性驱动器同步运行、实现电动医疗床复杂位置控制的驱动与控制系统。该控制器以Cortex-M3为核心,与线性驱动器上的双霍尔传感器构成了闭环控制回路,通过模糊PID控制,实现了多个线性驱动器的同步运动控制;采用CASS嵌入式开发平台技术,在专用控制器上实现了对控制逻辑的梯形图编程,提高了开发效率;详细地描述了其系统结构、线性驱动器改进的机械结构和控制器软、硬件的设计。该系统已应用于ICU医疗床,通过对3台立柱式推杆同步运动控制和2台手持式推杆的协同控制,结果表明,该系统可实现医疗机构的各种护理和康复功能。