摘要：为了寻求一种无损和对患者友好的肠道检查方法,提出并设计了一种仿水蛭的软体机器人。该仿水蛭软体机器人由2个以双层结构为“脚”的吸附驱动器和以自束缚多腔室为本体的伸缩驱动器组成,通过控制2个吸附驱动器的交替运动和伸缩驱动器的配合运动实现蠕动爬行。结合实际实验和数值仿真验证了吸附驱动器的吸附特性和伸缩驱动器的调节机理,并分别通过软体机器人在平面、斜坡和类肠道等环境的实验进一步验证了机器人的运动性能。吸附驱动器最大吸附力可达3.05N,软体机器人运动速度可达5mm/s,验证了该机器人可以在类肠道的环境中实现无损和可控的运行。这项工作有望为肠道疾病的检查和治疗应用提供无损和对患者友好的新方法。

摘要：随着水下环境作业需求不断增大,对机器人在极端环境作业、多任务需求等方面提出了更高的要求。为了解决对水下机器人的环境适应性、机动性等高性能需求,亟需设计一种高灵活性的水下蛇形机器人,并对其结构优化及数学建模进行深入研究。因此,基于对生物蛇的仿生机理分析,设计出了一种模块化、可重构多节仿生水蛇机器人结构模型;基于D-H参数法对空间运动波形上各关节运动轨迹、前进速度进行分析,建立运动映射关系;考虑水下运动产生的水阻力和反作用力,建立水动力学模型,结合拉格朗日方程,联合建立了水蛇机器人的等效运动学及动力学模型。基于建立的联合模型,对影响水蛇机器人关节角运动、前进速度等性能的关键参数进行了详细分析。采用蜿蜒步态作为输入参考信号,利用Matlab与ADAMS进行联合仿真验证,结果表明当步态幅值α取0.8 rad、角频率ω取2 rad/s、相邻关节相位差δ取π/3 rad时,机器人呈现一种理想蜿蜒运动步态;同时,利用ADAMS分析了机器人各关节的驱动力矩和功率,结果表明机器人两端关节到中间关节驱动力矩和功率分别从约0.6 N/m增加到14.3 N/m及1.1 N·m/s增加到14.8 N·m/s;最后,搭建了机器人样机实验,对水蛇机器人蜿蜒运动驱动函数及驱动力矩等进行实验验证,实验结果表明水蛇机器人中间关节所需驱动力矩和功率相较两端关节更大,中间关节驱动力矩为两端关节驱动力矩的3.2倍,与仿真结论一致,为水蛇机器人的水下运动提供了理论依据。

摘要：大孔径折反射成像系统被广泛应用于机器人导航和安全监控等领域。首先分析了超大视场光学系统六阶波像差理论应用于非球面光学系统的像差计算方法,随后基于该六阶波像差理论,构建了非球面大孔径折反射成像系统像差优化评价目标函数,并给出了求解这种包含多个光学参量的目标函数的优化算法,得到优化后的系统结构参数。最后,应用所提方法设计了一款工作波段为400~700 nm、最大视场角为120°、 F数为2.6且成像质量较好的光学系统。设计案例的结果表明所提出方法是有效的,为非球面大孔径折反射成像系统像差优化提供了一种有效手段。

摘要：为了扩大日盲紫外光学系统在高压电晕放电检测、战术导弹告警等领域中的检测视场角范围,首先基于反远距结构型式,在近轴光学镜头前添加2片负弯月型透镜,使得光学系统的全视场角达到100°;然后,提出了应用高斯光学和三阶像差理论来确定近轴光学镜头中3片透镜的一阶光学参数的方法,再应用光学设计软件设计了一款超广角透射式日盲紫外光学系统。该光学系统工作波段为240~280 nm,F数为4,焦距为1.0 mm;系统中5片透镜均采用熔石英光学材料、标准球面,大大降低了系统复杂程度和加工制造成本。此外,该超广角透射式日盲紫外光学系统在奈奎斯特频率为20 lp/mm时,全视场角的调制传递函数值均高于0.42,相对照度大于97.9%且能量损失小,成像质量好,具有一定的实际应用前景。本工作为该类光学系统初始结构参数确定及设计提供了一种有效的指导方法。

摘要：分析了用真值表描述逻辑运算给学术交流和突显逻辑运算特征带来的困难,引出对多值逻辑运算规则进行科学命名的必要性;然后,详细阐述了给三值逻辑运算进行命名的一套完整方案,介绍了这套命名方案的设计原理与使用规范,该方案通过组合“取值特征名”和“运算规则名”可得到各种三值逻辑运算的标准名称;最后,将该命名方案应用到几种典型的三值逻辑运算中,验证了该方案在设计上的科学性、使用上的便捷性、对每种运算规则的唯一性和迅速判断逻辑运算特征的实用性.

摘要：高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。

摘要：针对上肢康复机器人的训练轨迹运动生涩、不贴合人手臂的日常习惯等问题,提出使用改进粒子群算法对上肢康复机器人进行时间最优轨迹优化.由于粒子群算法极易早熟,存在寻优稳定性较差的问题,在算法中引入鸟类混群协同觅食的概念,设计了一种新的速度更新公式,考虑个体极值、群体极值和社会极值对粒子更新的影响,提高了算法在高维搜索空间中和高维约束条件下的全局寻优能力与寻优鲁棒性,并在粒子迭代过程中引入停滞变异补偿机制增加粒子多样性,进一步提升算法的寻优效率.通过MATLAB仿真实验,改进后的粒子群算法将平均最优时间缩短44.29%,平均收敛代数减小了16.75%,使得上肢康复机器人各关节运动符合康复训练要求,能够提高康复训练质量.

摘要：用于电动汽车的永磁同步电机不仅需要考虑额定工况的性能,还需要考虑整个路谱下的综合效率。基于此,介绍了一种基于新标欧洲循环测试(NEDC)路谱的非对称V型内嵌式永磁同步电机优化设计方法。将上述非对称电机中永磁体上下两部分的几何参数分别作为独立参数进行参数化建模,然后以NEDC效率和转矩成本比为优化目标,采用遗传算法分别对对称和非对称V型永磁同步电机进行多目标优化。最后,选取帕累托前沿上的最佳设计点进行电磁性能仿真比较。仿真结果表明,与对称结构相比,非对称转子结构由于磁场偏移效应而表现出更强的转矩性能。因此,非对称V型永磁同步电机具有更加优异的电磁性能和更低的制造成本,在电动汽车领域具有广阔的应用前景。

摘要：针对永磁双凸极电机存在各相反电势(EMF)不对称和转矩脉动较大的问题,提出2种分别基于不等槽宽和等槽宽设计的新型双凸极永磁(DSPM)电机.该设计方法可以确保电机各相磁路具有相同的磁阻特性,并通过定子绕组的特殊排布以补偿电机自感的变化.通过实现电机各相磁路对称并削弱自感的波动程度,可以有效消除电机各相EMF的不对称以及最大程度削弱转矩脉动.采用有限元时步法对新型电机处于空载和负载条件下的稳态性能进行了比较分析.仿真和实验结果验证了新型DSPM设计方法的有效性.

摘要：在分析现有锁具机构的基础上,应用机构再生运动链设计法对机构进行还原再生,找出满足拓扑要求与约束要求的非同构运动链,从而实现新锁具的机构创新。首先应用一般化原则将现有玥玛空转锁芯机构转化为与之对应的一般化链;然后运用数综合理论,对原型的机构运动链进行还原,找到所有可能的具有相同构件数和运动副数的一般化运动链图谱;再根据设计要求与约束对运动链进行元件识别,从而得到可行特定化链;最后由可行特定化链具体化为新的锁芯机构方案简图。利用三维软件对新设计的锁芯机构进行三维建模并分析其工作原理,结果表明设计的锁芯机构是合理的,并申请了2项国家发明专利。