摘要：为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感器的测量电路,结合有限元仿真和数值仿真,分析LC并联谐振对传感器灵敏度的影响.搭建实验台,对传感器的静态性能进行测试.结果表明,相对于传统的位移传感器,提出的传感器具有更高的灵敏度与更低的线性度.

摘要：基于现有足式机器人触地检测方法的研究,综合论述了腿部结构设计、足端设计、传感器设计对触地检测的影响.总结外部传感器直接检测的触地检测方法、基于运动学与动力学的触地检测方法以及基于学习的触地检测方法.归纳地面湿滑、地面松软以及非足端触地这3种特殊场景中的触地检测方法.分析触地检测技术的应用场景,具体包括运动控制的需要、导航中的应用、地形与地质的感知这三大应用场景.指出硬件改进和集成、多模态触地检测、多传感器融合化触地检测以及智能化触地检测这四大触地检测方法相关的发展趋势,总结各触地检测算法之间的具体关联,为触地检测后续技术的发展及触地检测的具体应用提供指导.

摘要：排障器置于列车前端,先于车体冲击排开轨道上的障碍物。在列车速度或障碍物尺寸发生改变时,排障器结构在刚度和吸能特性上具有不同的设计要求。为了设计一种耦合排障−吸能的结构形式,提出一种整体大刚度(排障)、局部结构降低冲击力(削峰吸能)的双尺度优化设计方法。该方法在以刚度为目标的整体结构初设计中确定变形区间,并在串行路线下完成以引导结构变形为目标的局部结构优化,最终形成新型排障器。研究结果表明:在基于标准EN 15227的静载荷工况下,新型排障器结构的质量降低了7%,同时,结构安全性提升;在冲击刚性墙仿真中,相较于原有排障器,新型排障器的峰值力降低了17.5%,且优化后的缓冲梁结构使排障器中部产生的弯折变形变为压缩变形,有效缓解了排障器后侧对车体结构的挤压现象。

摘要：在实际工程应用中,环状周期结构往往存在变截面单元。针对因变截面单元周期特性而导致的固有频率分裂现象,基于力矩平衡关系,采用Hamilton原理建立一般性动力学模型。以贯穿孔为例,基于经典振动理论得到固有频率及其分裂规律。考虑分组模式拓扑构型,推导具体消除频率分裂的规则,深入分析贯穿孔的孔径、数量和位置等参数对频率及其分裂行为的影响。设计试件并搭建实验台验证理论模型的正确性和消除规则的有效性。研究结果表明:由于贯穿孔使局部质量和弯曲刚度同时减小,进而导致固有频率改变,增大孔径和数量使重频频率减小,使分裂频率的分裂程度增大;保持孔径的一致性和位置的对称性可有效消除分裂。该研究方法和结论可用于工程领域类似周期结构动力学问题的研究并指导结构的设计。

摘要：轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束,对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法,设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器,实现输入饱和约束可沿广义速度空间边界滑动,在保证控制信号不超出机器人广义速度空间的前提下,提升轨迹跟踪控制器的响应速度。研究轨迹跟踪控制器对不同目标轨迹的跟踪误差规律,提出以门限角度为分界的状态机,控制机器人对目标参数的响应顺序,减小跟踪过程误差。基于模糊控制器,实现轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节,有效降低对不同目标速度的跟踪稳态误差。通过多机协同搬运负载试验验证控制器的正确性和有效性。

摘要：高压级涡轮在非设计工况下由于叶轮高速旋转存在强旋流结构,该流场结构作用于低压级涡轮进口,进而导致低压级涡轮性能产生显著异化效应,该异化效应与旋流的形态相关性大,而现有研究未涉及涡轮出口旋流在不同工况的变化机制,基于自主设计的X-型二维恒温热线步进机构探明了高压级涡轮旋流的演化规律.结果表明:涡轮出口旋流形态强烈地依赖于膨胀比和转速,旋流强度随转速增加呈先减后增的非单调变化趋势,且在膨胀为1.1、速比为0.1时发生旋流方向逆转现象;此外,旋流轴向速度和周向速度呈现强耦合的关系.旋流强度与周向速度增加,导致轴向速度分布呈现尾流状(Wake-like)的特征.在脉冲来流条件下,涡轮出口速度波动与脉冲来流频率相同,随着脉冲频率的增加,轴向速度逐渐增加,最大增幅约为5%,但周向速度变化较小.

摘要：穿戴踝关节假肢是膝下截肢患者恢复行走能力的重要手段。下肢假肢按照能否主动输出转矩分为被动假肢和动力假肢,其中动力假肢分为主动假肢和主被动混合假肢。被动踝关节假肢不能提供主动扭矩,应用场景有限;动力踝关节假肢能够输出主动扭矩,但存在低被动摩擦与高主动传动比不兼容问题。为了提高踝关节假肢的性能和适应性,从实际应用角度出发,基于电液直驱原理,提出了一种主被动混合踝关节假肢的新构型。首先,基于对人体踝关节角度及扭矩的分析,设计了踝关节假肢驱动系统,并提出了主被动混合踝关节假肢的总体设计方案;然后,建立了假肢系统的数学模型,通过对假肢液压系统的仿真分析验证了的假肢系统的合理性,并研制了假肢原理样机;最后,通过台架测试和人体穿戴假肢行走实验对假肢的性能进行了验证。实验结果显示:适配者行走步速为1.0 m/s(接近成年人的平均行走速度)时,假肢踝关节主动输出最大扭矩为28 N·m。研究结果表明:提出的主被动混合踝关节假肢可以实现人体行走过程中的主动助力功能,并能较好拟合人体踝关节运动姿态,增强了穿戴适应性,同时使假肢的体积和质量得到了进步的减小,为动力型下肢假肢的研究提供了设计思路和参考依据。

摘要：针对传统局域共振弹性超材料存在禁带宽度窄的问题,引入非均匀分布振子设计方法,在不改变振子总质量的前提下实现了禁带拓宽。首先,采用谱元法(SEM)建立通用弹性超材料梁模型,对单、双层均匀振子超材料梁结构的振动传递特性进行分析;然后,保持振子总质量相等,提出单、双层非均匀振子超材料梁的设计策略;最后,搭建实验装置对所提结构的振动抑制性能进行测试。研究结果表明:振子间的特征频率差异越大,最终形成的禁带宽度越宽,但禁带范围内的频响曲线会大幅波动,此时可通过加入适当阻尼进行抑制,使禁带曲线变得平稳;对于双振子超材料梁,振子的质量比和阻尼均会对结构的禁带特性产生影响,在振子与梁质量相同的条件下,单层非均匀及均匀振子超材料梁可分别形成带宽为440、68 Hz的禁带,双层非均匀及均匀振子超材料梁可分别形成带宽为395、40 Hz的禁带。研究表明所提超材料结构能够有效实现振动抑制,可为周期结构的振动问题提供一种新的调控方法。

摘要：通过分析光开关单元的物理结构,提出等效电学模型,用于模拟光开关单元的瞬态响应.基于该模型,针对光开关阵列设计高速驱动控制电路,结合仿真探究电压尖峰对光开关单元瞬态响应的影响.系统测试结果表明,驱动电路施加的电压信号的上升/下降时间为1.7/1.6 ns,能够满足高速光开关纳秒级切换速度的需求.在该驱动电路的配合下,光开关阵列的切换时间为2.1~5.9 ns,实现了较先进的高速光交换系统.

摘要：针对圆柱形壳体承载效率的局限性问题,提出了变曲率壳体的设计思路.基于薄膜理论和无矩理论,推导了非闭合母线的旋转壳应力与屈曲载荷计算公式.以广义等强度壳理论作为评价耐压壳体承载能力的重要指标,对不同构型旋转壳的应力与屈曲载荷进行了理论预报,探讨了壳体承载的最优构型.最后基于增材制造技术制备了圆柱壳与变曲率壳模型,设计静压试验验证壳体构型与力学性能的影响规律.结果表明:变曲率壳体具有明显的承载优势,两个主方向应力的比值低于圆柱壳,屈曲载荷高于圆柱壳;改变壳体几何构型对其承载能力有一定影响,当r0/rn确定时影响不明显,综合考虑加工精度及初始缺陷等因素,壳体使用圆弧构型效果较好;提出的理论公式在应力预报方面具有较高准确性,在预报屈曲载荷过程中,由于壳体承载进入了非线性阶段,不可避免地导致了误差,应使用非线性方法进行修正.