摘要：目前关于被动行走步态的研究主要是揭示参数变化对其稳定性的影响,而对于步态多重稳定性的研究则较为少见.步态的多重稳定性不仅是行走模式多样化产生的根源,还是引发步态突变的关键因素.尽管当前共存步态的存在性已受到关注,但关于这些步态的产生、演化以及消失机制的系统性研究尚未开展.为此,文章以圆弧足被动行走机器人为研究对象,应用胞映射及点映射算法探索到与周期一步态共存的几种高周期步态,绘制了共存步态的三维吸引盆并对这些步态的行走特性进行了详细的对比分析.此外,基于跳跃矩阵法改进了Poincaré-Newton-Floquet(PNF)算法,对被动行走系统的不稳定轨道及其对应的Floquet乘子进行了求解,并结合吸引盆进一步揭示了步态演化过程中的分岔和激变现象.研究结果表明,共存步态的周期越高,其平均步速越快,但步态稳定性越差;这些共存步态均由极限环的折叠分岔产生,并由倍周期级联路径通向混沌,最终与不稳定轨道在吸引盆边界上产生碰撞而消失.文章的研究结果有助于理解被动行走步态的多重稳定性,并为机器人的优化设计及稳定控制提供理论依据.

摘要：针对步行机器人在核环境下作业时,动力源分散,不便于防护的问题,提出一种动力源集中布置,可用于构建步行机器人的四自由度混联支路并联腿部机构。运用螺旋理论分析其自由度数目、性质及机构特性。建立了运动学反解模型,并分别推导出驱动空间和关节空间的速度雅克比矩阵。以两个雅克比矩阵条件数为基础,提出了一种带权重的混合条件数,用于综合评价机构的力传递与运动传递性能。以混合条件数最小为尺度综合目标,先通过单调性分析得到结构参数的取值区间,再应用粒子群优化算法获得一组最优结构参数,为样机加工和其他混联支路并联机构尺度综合提供参考。该新型腿部机构动力源统一后置,便于集中防护,驱动空间具有驱动置换功能和半解耦特性,便于实现位姿控制,在核辐射、高温等恶劣环境下有着良好的应用前景。

摘要：为揭示非线性直齿圆柱齿轮系统分岔、啮合冲击、脱啮和动载系数间的耦合关系,在时变啮合刚度幅值系数与无量纲频率参数平面内用PNF法和延续算法对单级齿轮系统的动力学模型求解获其周期/冲击、脱啮占空比、齿背啮合比、动载系数伪彩图。研究表明:幅值系数和频率是影响分岔、冲击、脱啮、动载系数的主要因素,随幅值系数递增系统经倍化、Hopf、激变、擦切、鞍结分岔方式由周期运动通向混沌,并导致啮合冲击、脱啮占空比和动载系数增大;混沌、拟周期运动和啮合冲击现象出现在共振频率附近,其脱啮、动载系数在该处出现极值。双参平面内综合动力特性转迁规律为齿轮结构设计参数优化提供理论参考。

摘要：为分析多参数耦合对非线性齿轮系统分岔/冲击特性的影响,在时变刚度幅值系数与量纲一转速的双参平面内,采用PNF(Poincaré-Newton-Floquet)法和延续算法获得单级齿轮传动系统的分岔/冲击图,确定了周期、拟周期、混沌运动与啮合冲击类型的区域,找出了擦切、倍化、激变、幅值跳跃、Hopf等分岔行为及其分岔的转迁规律,用Rung-Kutta数值法仿真的三维/二维分岔图、Poincaré映射图和相图验证了其方法的有效性。在双参平面内找出了参数耦合匹配的单周期无冲击稳定运动区域,为齿轮系统结构设计优化提供了一定的数据参考。

摘要：探讨高速旋转的磁悬浮转子与辅助轴承瞬时接触时系统的非线性动力学行为。通过采用数值积分法,综合利用分岔图、时间响应图、Poincaré截面图和相图,首先研究了几何耦合参数α、比例反馈增益P和微分反馈增益D对系统的影响,其次研究了刚度比K和库伦滑动摩擦因数μ分别对偏心量比U的影响。结果表明:当几何耦合参数α取较大的值时,会导致转子偏移平衡位置,引发高速旋转的磁悬浮转子与辅助轴承发生碰摩,设备产生异常振动;比例反馈增益P或微分反馈增益D取较大的值,系统状态稳定,同时偏心量比U的取值会对系统状态产生显著影响。此外,辅助轴承的软装设计有利于系统稳定。

摘要：考虑齿轮副间的时变刚度、齿侧间隙及综合传递误差等因素,建立了风力发电机行星轮系-平行轴混合轮系的齿轮-转子系统扭转非线性振动模型;推导出了系统的量纲一化动力学方程,采用数值积分法对方程进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果。综合运用分岔图、位移-映像图、功率谱线图研究了系统转速、啮合阻尼和齿侧间隙对系统分岔特性的影响。结果发现,系统在低速重载工况下具有复杂的非线性动力学特性;系统随转速的变化出现了单周期运动、拟周期运动和混沌等多种运动状态,系统通过Hopf分岔、阵发性激变途径进入混沌运动;阻尼过小将会导致系统的稳态运动由短周期运动向复杂的混沌运动转变。齿侧间隙是影响系统分岔特性的重要因素。

摘要：对间隙单级齿轮转子非线性传动系统的周期轨道及其稳定性进行研究。采用有限差分法近似代替非光滑系统的Jacobi矩阵,避免了CPNF法在求解非线性动力学时要求系统必须光滑的缺陷。改进后的CPNF法对算例的计算结果与数值积分结果比较验证了其有效性。在给定参数下采用改进后的CPNF法研究单级齿轮系统的共存的周期运动,并判断各周期的稳定性。通过延续追踪判断了不同转速下系统周期轨道的稳定性,并研究了单级齿轮传动系统随量纲一频率变化的分岔特性。结果发现,单级齿轮非线性系统在某些参数组合下多个稳定和不稳定周期轨道共存,频率变化使单级齿轮系统通过倍周期分岔的形式最终通向混沌运动。

摘要：提出了一种新型非对称四自由度并联步行机器人腿部机构,根据驱动方式可将并联腿部机构看作由两个虎克铰串联而成,通过4个无约束分支将两个串联虎克铰的转动驱动置换为靠近运载平台的直线驱动以完成抬腿动作。将驱动置于背部,可减少腿部的运动惯量,同时实现关节空间和驱动空间分离,可用于对驱动进行特殊防护的太空和核电等环境。并联结构的非对称布置有利于直线驱动更针对性地对动平台(小腿)在矢状面的运动进行控制。对并联腿部进行描述并建立坐标系,根据螺旋理论建立了腿部机构的运动螺旋系和约束螺旋系,分析了腿部机构的自由度,明确了机构所受的约束力,并对驱动输入选择的合理性进行了验证。为腿部结构设计提供了新的思路,也为后续开展该并联机构的运动学及动力学分析工作奠定了基础。