欠驱动自适应式捕获装置设计

空间捕获作业是在轨服务的重要组成部分,采用全驱动关节式机械臂进行空间捕获存在结构复杂、质量大等问题。本文针对空间捕获作业的设计要求,提出一种具有折展和抓取功能的欠驱动自适应式空间捕获装置。该装置采用行星传动实现1个驱动源驱动2个关节的转动,该装置包括三个3自由度的欠驱动机械手指,采用4个电机驱动9个关节运动,且对被捕获对象具有自适应能力。介绍了捕获手抓的设计方案、工作原理,建立捕获装置单指的坐标系,对捕获装置进行了运动学分析。最后通过样机捕获实验,验证了该装置能够实现不同外形尺寸目标的自适应捕获。     

伸长型气动柔性驱动器设计与实验

设计了一种以压缩气体为动力源的伸长型“刚-柔耦合”气动柔性驱动器,驱动器采用内外嵌套结构,内部为弹性气囊,外部为约束弹簧,能有效提高驱动器刚度。为研究不同刚度的约束弹簧对气动柔性驱动器静力学性能的影响,采用实验方法研究了不同弹簧丝直径的驱动器轴向伸长变形、驱动力与工作气压的关系。实验结果表明：驱动器伸长量随工作气压的增大呈非线性增加,在相同工作气压下,约束弹簧丝直径与驱动器伸长量呈负相关;伸长量为零时,驱动器具有的轴向驱动能力最大,不同刚度驱动器驱动力最大驱动力相同,与工作气压呈正相关。本研究为伸长型气动柔性驱动器在软体机器人的进一步应用提供可行方案。     

自由漂浮空间机器人力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

集成化智能软体机器人研究进展

从驱动方式、材料与制造、运动方式、传感与控制方面对集成化智能软体机器人进行综述,讨论集成化软体机器人与新型柔性传感器、机器学习之间相辅相成的关系,分析在驱动方式、建模与控制方面存在的问题. 根据驱动方式的不同,可以将集成化智能软体机器人分为流体驱动、智能材料驱动和化学反应驱动,能量来源决定软体机器人的集成方式和运动能力,而驱动方式的选用多是以仿生灵感为指导原则. 柔性传感器和机器学习作为软体机器人提高运动能力、优化控制方式的可靠工具,将推动智能软体机器人进入实际应用阶段. 实现可控和可预测自主运动能力的集成化智能软体机器人是软体机器人未来的发展方向,在运动方式上模仿动物的灵活姿态,在未知环境勘探领域有广阔应用前景.     

双程形状记忆效应的唯象动力学模型

构造可以用于描述一维结构的形状记忆合金（SMA）的双程形状记忆效应的唯象动力学模型. 该模型基于与形状记忆合金中热弹性相变有关的唯象理论,将应力场和热场下的滞回环曲线视为马氏体相变和马氏体变体重构在宏观层面上的表现. 为了模拟温度诱发的相变,构造非凸自由能函数,使得函数的每个局部平衡对应于相变过程中的一个相. 在外部负载（力或者热）的作用下,可以通过模拟系统状态（应变）在不同平衡态之间的转变,研究温度诱发的相变. 相变动力学的控制方程采用拉格朗日方程,以非线性微分方程来表示. 利用非线性常微分方程描述单程形状记忆效应,通过对不同相变过程的加权组合描述双程形状记忆效应. 开展有关力和热负载下的数值实验,模拟热和应力诱发的相变以及热负载下与单程形状记忆效应和双程形状记忆效应有关的滞回环,模拟马氏体重构所导致的单滞回环以及超弹性效应所引起的双滞回环. 从实验结果可以看出,双程形状记忆效应及超弹性效应均可以被提出的模型成功捕捉,验证了该模型的描述能力.     

多臂自由飞行空间机器人协调操作动力学分析

利用牛顿-欧拉方法分析了多臂自由飞行空间机器人协调操作系统的动力学特性,推导出多臂自由飞行空间机器人协调操作的机械臂铰接连杆间的广义作用力计算方法.通过逐级迭代建立了多臂自由飞行空间机器人系统的动力学方程,进一步得到了驱动电机控制力矩的计算公式.仿真证明多臂自由飞行空间机器人操作的目标物体能够跟踪目标物体的期望位姿.     

一类平面欠驱动机械系统控制方法综述

欠驱动机械系统是机器人和非线性系统控制的研究热点,笔者对一类含有单一被动关节的平面欠驱动机械臂系统的控制方法的研究现状进行综述。给出了平面欠驱动机械臂的动力学模型和结构特点,并介绍了积分特性;根据积分特性将平面欠驱动机械臂分为完整系统、一阶非完整系统和二阶非完整系统, 并对现有运动控制方法展开分析和讨论;在此基础上,对平面欠驱动机械臂系统控制存在的问题进行了简要分析,针对未来研究方向进行了展望,如统一的控制策略,多被动关节平面机械臂控制,多平面欠驱动机械臂控制,空间欠驱动机械臂控制,鲁棒策略和实验验证。     

5R装夹机械臂几何参数优化设计

工作空间是衡量关节式工业机器人工作能力一个重要性能指标,主要由机器人手臂几何参数确定(连杆长度和关节转角范围).将工作空间的截面分为主截面和副截面,给出了主截面的其中一种基本形状.通过分析机械臂手臂连杆长度对工作间所包围长方体能力的影响,给出确定任务路径的最小包容长方体原则.结合装夹机械臂的应用需求,提出一种以材料最省和主截面面积最小为优化目标、以包围目标任务的最小包容长方体为约束的机械臂手臂几何参数的优化方法;采用线性加权法,基于Matlab优化工具箱的约束非线性规划函数命令fmincon,求解机械臂手臂几何参数的多目标非线性规划问题.     

空间机器人多臂精准协同控制技术

为了解决单臂空间机器人在轨服务任务中机械臂末端位姿控制精度有限的问题,提出了一种空间机器人多臂精准协同控制方法,该方法以3条7自由度机械臂的空间机器人(SR)为研究对象,利用Kane方法建立了具有通用性的SR动力学模型,该模型包括本体动力学方程与各条机械臂动力学方程两部分;在此基础上,基于李雅普诺夫稳定性理论,设计了SR捕获目标过程中机械臂各关节的轨迹跟踪控制律,克服了机械臂的运动抖动问题．仿真结果表明,该方法可保证机械臂末端按照期望的轨迹运动,并且能提高机械臂末端位姿控制精度．     

混合驱动仿人机械臂设计与运动学分析

为提高机器人的拟人化程度,提出一种混合驱动的仿人机械臂。将四自由度线驱动机械臂结构与二自由度机器人关节模组巧妙结合构成六自由度混合驱动仿生机械臂,并对其运动学问题进行分析。基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,通过基于空间雅克比的牛顿-拉夫森法对机械臂的逆运动学方程进行数值求解,利用Monte Carlo法分析机械臂的工作空间,并在ADAMS软件中完成机械臂的运动学仿真,通过试验对所提出运动学模型的有效性进行了验证。试验结果表明,提出的混合驱动仿人机械臂结构设计可靠,基于旋量理论求解出的运动学方程准确,对仿人机械臂的结构设计与运动学分析具有参考价值。     

湿-载-热对粉质黏土持水性能的影响特征及预测模型

非饱和土的持水性能通常以土水特征曲线的变化规律来体现。荷载和温度等因素对土水特征曲线的重要影响已逐渐被认识,但综合考虑湿-载-热对土水特征曲线共同作用的研究鲜见报道,对其主导性影响因素的分析更为罕见。为了探究粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能,本文开展了在不同竖向应力和温度条件下粉质粘土的干湿循环实验,分析了各因素的影响机理、特征和重要性, 并建立了反映多因素共同作用的预测模型。研究结果表明：（1）随着竖向应力的增加,非饱和土的进气值增加、减湿率降低、干湿循环过程的滞回效果变强,且在各个温度下皆表现出相同的特征;（2）对比在相同的竖向应力、不同温度下的实验曲线,发现在温度较高的状态下,土体的进气值相对略低;（3）竖向应力对于土体持水性能的影响最大,但主要局限于低吸力阶段;干湿循环的作用排第二,且随着循环次数增加会快速衰减;温度的影响较小且在吸力值或密实度较高时可忽略不计;（4）基于Logistic曲线改进后的L模型比常用的V-G模型更适用于巴东粉质粘土的土水特征曲线拟合 。综合研究结果得出：竖向应力引起特征值变化的根本原因在于内部孔隙结构的改变,进而导致持水性能产生差异;温度主要影响土体处于低应力低吸力状态时的持水性能; 三种赋存条件对粉质黏土持水性能的影响程度呈竖向应力>干湿循环>温度分布;改进后的L模型可以有效反映粉质黏土在湿-载-热共同作用下的持水性能演变特征。     

气动增压阀流量特性研究

为气动增压阀的优化设计及气动增压阀选型提供理论基础,针对气动增压阀的工作过程,综合考虑活塞摩擦、空气热交换等因素,利用热力学第一定律、气体状态方程、连续性方程、能量方程、动量方程建立气动增压阀的非线性微分方程组,利用MATLAB/simulink进行模拟仿真,得到气动增压阀工作过程中增压腔、驱动腔内空气的流量及压力变化规律.最后对其流量特性进行实验研究,发现气动增压阀在输出0.5、0.6、0.7 MPa压力空气时最大耗气量、排气量随着增压比的增加而降低;排气效率为50%左右、效率为60%～70%.     

A review of the end-effector of large space manipulator with capabilities of misalignment tolerance and soft capture

The space manipulator which has advantages of high dexterity and universality, is used to the space capturing usually. According to the different types of mechanical interfaces of targets, the on orbit capturing operation includes capturing of cooperative target and capturing of uncooperative target. The performances of the famous large space manipulators named space shuttle remote manipulator system (SRMS), the space station remote manipulator system (SSRMS) and the Europe robotic arm (ERA) are reviewed and studied respectively. Moreover, the space manipulators being developed by China for space station is also surveyed. Based on the performance analysis of the large space manipulators and end-effectors, which are adapted to the construction and daily maintenance for the large space structure such as the space station, the basic requirements of large misalignment tolerance capability, soft capturing capability and hard docking capability for the end-effector of large space manipulator are proposed in this paper. According to these requirements, the capture mechanism and methods that can enable the end-effector to have the capability of misalignment tolerance and soft capturing are presented. The development trend and key technologies of the large space manipulators and the end-effectors are also reviewed.     

车速变化对吸收/压缩混合制冷循环的影响

通过对不同车速下客车发动机排气参数的定量分析和吸收/压缩混合制冷循环计算,确定了发生器的结构形式和换热面积,建立了发动机排气参数和发生器内工作流体的传热分布参数模型。进而分析了在不同车速下发生器负荷特性对混合制冷循环的影响。结果表明,制冷负荷为30kW的条件下,车速大于100km/h时,废热制冷就能满足客车冷负荷需求;车速在35～100km/h时,废热制冷和压缩制冷联合运行才能满足客车冷负荷需求;车速低于35km/h时,客车冷负荷完全由压缩制冷提供。     

钢绞线预应力的改变对自复位钢框架性能影响

通过ANSYS模拟和试验结果对比,说明了模拟方法的正确性.在此基础上,通过改变自复位钢框架钢绞线上施加预应力大小,建立了四个单层单跨自复位钢框架结构模型.对比分析了钢框架上角钢Mises应力云图、力-位移滞回曲线、结构骨架曲线以及刚度退化曲线.研究表明,随着钢绞线预应力的增加,钢框架刚度增大,屈服荷载与极限荷载增加,自复位钢框架耗能能力稍微降低,自复位能力明显增强.     

回收排气余热能的气动-内燃复合循环理论研究

为了提高内燃机能源利用率,提出一种回收排气余热能的气动-内燃复合循环方法,采用内燃机排气和压缩空气混合气作为气动循环工质,建立复合循环工作过程数学模型,分析其主要参数对循环性能的影响规律.研究结果表明：内燃机排气压力的增大、压缩空气占比的减小、气动发动机转速和行程/缸径比的减小均能提高内燃机排气利用率和复合循环效率.复合循环可通过调节气动循环转速或压缩空气占混合工质的比例来实现气动循环工质流量与混合工质流量的匹配.     

盐渍土环境下聚丙烯纤维混凝土柱抗震性能

为了研究盐渍土环境耦合荷载下聚丙烯纤维锂渣混凝土(PLiC)柱的抗震性能,以侵蚀天数、轴压比、耦合应力比为主要变量,设计并制作8根PLiC柱试件和3根钢筋混凝土(RC)柱试件.采用8.3%(质量分数)NaCl+10%(质量分数)Na₂SO₄的溶液,浸泡施加持续荷载后的试件.在浸泡侵蚀完成后,分别对11根试件进行低周往复循环荷载试验,分析各试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性及刚度退化等,明确PLiC柱和RC柱在不同变量下延性及耗能能力的变化规律.结果表明,PLiC柱的耐盐渍土侵蚀性能优于RC柱.随着侵蚀时间的增加,PLiC柱和RC柱耗能能力均出现先下降后上升的趋势,延性均持续下降,PLiC柱的下降幅值小于RC柱.当轴压比从0.2增加至0.3时,PLiC柱在相同加载位移时的总耗能增大.随着耦合应力比的增大,试件的耗能、刚度退化均呈现下降的趋势.     

不同轴压比下装配式再生混凝土剪力墙的滞回性能

为研究不同轴压比对装配式再生混凝土剪力墙滞回性能的影响,本文应用有限元软件对该种剪力墙进行了拟静力仿真模拟实验和系统性的分析。研究结果表明:轴压比越大,剪力墙的水平承载力越大,但是耗能能力和延性有所下降,轴压比每增加0.1,屈服荷载提高13.2%、峰值荷载提高15.3%,延性系数下降10%;剪力墙在破坏阶段前,轴压比越小,剪力墙的初始刚度越小,刚度退化速度也越快;在实际工程中设计装配式再生混凝土剪力墙结构时,轴压比不宜超过0.4,尽量选用轻型楼盖以降低组合剪力墙的轴压比,可将该结构应用于小高层建筑中。     

The collision-free trajectory planning for the space robot to capture a target based on the wavelet interpolation algorithm

In the research of path planning for manipulators with many DOF, generally there is a problem in most traditional methods, which is that their computational cost (time and memory space) increases exponentially as DOF or resolution of the discrete configuration space increases. So this paper presents the collision-free trajectory planning for the space robot to capture a target based on the wavelet interpolation algorithm. We made wavelet sample on the desired trajectory of the manipulator’s end-effector to do trajectory planning by use of the proposed wavelet interpolation formula, and then derived joint vectors from the trajectory information of the end-effector based on the fixed-attitude-restrained generalized Jacobian matrix of multi-arm coordinated motion, so as to control the manipulator to capture a static body along the desired collision-free trajectory. The method overcomes the shortcomings of the typical methods, and the desired trajectory of the end-effector can be any kind of complex nonlinear curve. The algorithm is simple and highly effective and the real trajectory is close to the desired trajectory. In simulation, the planar dual-arm three DOF space robot is used to demonstrate the proposed method, and it shows that the algorithm is feasible.