摘要：空间对接装置作为开展空间目标捕获的关键装备,不仅要解决航天器的捕获问题,还要能够缓冲碰撞能量,避免发生硬碰撞,减少对接的冲击等。针对空间捕获软对接问题,设计一种空间软对接仿生手腕,以陀螺机构的三维旋转模拟仿生手腕运动,通过可控阻尼吸振实现空间六维碰撞的缓冲和卸载;采用Kane方法建立一种星载抓捕机构耦合空间软对接仿生手腕的一体化动力学方程;在Matlab环境下进行碰撞数值仿真,验证了空间软对接仿生手腕缓冲和卸载空间六维碰撞的机理,并通过1000次数值仿真实验实现了扭簧/直线弹簧的刚度优化设计;最后,在ADAMS环境下对星载抓捕机构进行空间六维碰撞仿真,仿真结果表明所提出的空间对接仿生手腕可实现空间六维空间碰撞的缓冲与卸载,从而说明了空间软对接仿生手腕在空间软捕获中应用的有效性。

摘要：针对转动连接在大温差等复杂环境下的使用要求,在理论分析基础上提出一种对由深沟球轴承或角接触轴承所构成定位预紧轴系的分析与设计方法。该方法用计算机辅助设计软件绘制出由轴承的径向间隙、轴向位移、滚珠和滚道之间最大接触应力等确定的轴承安全区域图,并根据轴系的具体结构、材料及配合形式等条件绘制出温度变化时轴承径向间隙与轴向位移之间的变化关系图即轴承间隙变化图;将轴承间隙变化图集成到轴承安全区域图中,确定出两图交集最大时轴承间隙变化图与轴承安全区域图之间的相对位置;利用由该相对位置给出的数据求出轴系的各待定参数,完成轴系分析与设计。应用该方法对某空间转动关节轴系进行分析与设计,验证了该方法在实际中的有效性。

摘要：面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。

摘要：针对可用于空间站组装的7-DOF空间机械臂的结构特点,提出了基于气浮和静平衡的地而微重力混合模拟方法.采用气浮法实现7-DOF空间机械臂中间段的重力补偿,并设计两套静平衡机构分别用于实现7-DOF空间机械臂两端肩部和腕部的重力补偿.利用该混合模拟方法搭建的地面微重力实验系统,能够实现7-DOF空间机械臂的3维运动,可用于7-DOF空间机械臂的末端定位精度测试、目标捕获等地面实验研究.利用ADAMS建立了7-DOF空间机械臂地面微重力实验系统的仿真模型,并进行了仿真实验研究.仿真实验结果表明:该方法可以用于7-DOF空间机械臂的微重力模拟.

摘要：设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。

摘要：针对三分支机器人协调运动 ,采用分离影响系数法分离各个分支的雅可比矩阵和惯性矩阵 ,再重新组合成整个系统的雅可比矩阵和惯性矩阵 ,建立三分支机器人运动学和动力学方程 .应用乘子罚函数方法 ,对三分支机器人基于最小关节驱动力矩优化设计 ,避免矩阵的奇异值分解 ,提高计算的稳定性 ,应用迭代方法 。

摘要：研究啮合式磁阻电动机(Geared reluctance motor,GRM)结构参数的设计原则和自动优化问题。在文献[11]给出的GRM参数化模型基础上,通过研究平均转矩随结构参数改变而呈现的变化趋势,提出各个参数的设计原则。为减少人工设计工作量和寻找全局最优点,提出基于遗传算法的GRM自动优化设计方法,充分考虑优化过程中各参数的约束条件,以及各参数之间的互约束关系,详细研究摆线齿轮的强度约束、齿形约束和齿数圆整问题。然后利用提出的优化算法对一台样机进行优化设计,使平均转矩提高了35%左右。最后用有限元法对优化后的GRM转矩特性进行了验证,结果表明优化设计的理论转矩比有限元验证值误差在3%以内,证明了优化算法的正确性。

摘要：研究柔性关节的高精度位置跟踪问题。建立柔性关节二阶级联动力方程,并引入非连续摩擦力和干扰项,针对系统存在的柔性与摩擦并存、不确定参数摄动、外部干扰等复杂动力特性,提出一种复合控制策略。全局采用李雅普诺夫函数的Backstepping方法设计具有柔性补偿和L2干扰抑制性能的控制器;同时,针对常规神经网络无法辨识非连续性函数的问题,提出在局部采用小波神经网络对摩擦和不确定项进行补偿。该方法不仅避免了复杂的求导运算,而且无须检测关节角加速度和预知摩擦及不确定上界。闭环稳定性分析和数值试验表明,设计的控制器具有鲁棒稳定性和干扰抑制性能,可保证系统的跟踪误差和网络权值误差一致终值有界,且避免了柔性关节因摩擦引起的爬行和平顶现象。

摘要：星载抓捕机构在空间目标捕获任务中发挥着重要作用,然而空间捕获时的对接碰撞很容易导致抓捕机构失稳。针对空间捕获软对接问题,设计了一种双模传动软接触关节,既能实现双自由度刚性传动,同时可通过阻尼吸振实现空间六维碰撞的缓冲和卸载。在ADAMS仿真软件中建立单关节星载抓捕机构模型,通过空间单维和六维碰撞下的仿真研究,验证了软接触关节缓冲和卸载空间六维碰撞的原理及其对基座与关节稳定的有效性。进一步建立三关节星载抓捕机构模型,通过空间六维碰撞下的仿真试验,说明了双模传动软接触关节在多关节抓捕机构中应用的有效性。

摘要：根据水下球形机器人的设计需要,运用CFD(computational fluid dynamics)技术,对不同流态下不同截面尺寸和曲率半径的矩形截面弯管内的黏性流动进行了数值模拟.研究了离心力作用下二次流强度和壁面黏滞阻力随弯管参数变化的情况,得出了截面宽高比为0.75的弯管的水力损失最小的结论,并对该截面形状的弯管的流动结构进行了分析.最后,在标准试验平台上运用涡量探头对出口截面的涡流强度进行了测量,从而证明了数值模拟的正确性,并通过对比分析,完成了水下球形机器人的管道设计和优化.