摘要：水下机器人对接装置能够与水下机器人进行连接,进而对水下机器人进行能源补给并与其进行数据交换。针对现有对接技术的特点及不足,提出一种新型的适用于大深度海底环境的水下对接装置。针对传统油液压技术在海中工作因泄漏对海洋环境造成污染的问题,研制了以水-乙二醇液压液为工作介质的液压系统方案。为实现对接装置的自动动作,设计了对接装置控制系统。为了研究控制系统性能,推导了锁紧回路阀控非对称式液压缸的数学模型,在此基础上得出系统总体的数学模型,并运用MATLAB/Simulink进行仿真,采用PID控制算法提高控制系统性能。

摘要：针对多自由度振动磨系统建模困难以及动力学参数优化设计的需要,根据拉格朗日方程建立双质体振动磨6自由度动力学方程,利用数值分析方法分析了系统的动力学响应,并通过振动测试试验验证了模型的有效性。在振动微分方程的基础上研究了激振器转速对振动磨动力学特性的影响,仿真结果表明在一定范围内,转速越大,振动强度越大,但振动幅值越小。为了使振动磨产生更好的粉磨效果,对激振参数进行优化分析。利用模态分析获得双质体振动磨的固有频率和振型,分别从振动强度和共振频率两个角度确定系统激振器转速的上下限,得到转速的最佳取值范围。在实验室振动磨样机上进行参数优化后的粉磨试验,实验结果表明,改进后的振动磨机金刚石粉体产品d50达到0.27μm,较之前有所细化,验证了参数优化具有一定的工程效果,为振动磨超微粉碎的动力学设计和产品开发奠定了基础。

摘要：为了提升单晶硅片的切片质量,建立了单晶硅棒多线切割的张力模型,并通过理论数据与实验数据的对比,验证了主轴在料摆辅助切片下轴向力模型的可靠性。以此为基础,设计了主轴轴向窜动实验装置,探究了轴承安装参数对主轴轴向窜动的影响规律。实验结果表明,过盈量将改变轴承结合部刚度,进而影响主轴轴向位移,轴向位移随着角接触球轴承过盈配合量的增大而增大,随着圆柱滚子轴承过盈配合量的增大而减小。当角接触球轴承过盈量为0.01mm、圆柱滚子轴承过盈量为0.03mm时,窜动量最小为1.61μm。该实验结论为多金刚线切片机主轴安装工艺优化及表面加工质量提升提供了理论依据。

摘要：以高径比H/D=1.0的深筒件为研究对象,基于ANSYS/LS-DYNA平台建立了金属板料外轮廓支撑渐进成形的有限元模型,采用数值模拟和实验相结合的方法对深筒件的成形路径进行了研究,通过合理布置和优化各道次成形路径及加工方式,将制件的壁厚分布曲线作为主要判断依据,成功设计出直径为Φ80 mm,高径比为1.0的深筒件渐进成形路径,并且由此发现不同直径同一高径比深筒件的成形路径具有高度相似性,归纳出基准路径,建立了路径变量与目标制件几何参数的关系,用参数化方程将成形路径表达出来,并通过实验验证了参数化路径。基于此参数化路径方程,可以快速成形出高径比为1.0的深筒件。

摘要：为解决叠堆式压电陶瓷输出位移微小的问题,结合液压放大的优点,提出了一种基于膜式液压放大的压电驱动器,并对关键部件——橡胶膜片进行有限元静力学、模态等分析。分析结果表明:橡胶膜片具有足够的安全强度和良好的工作频宽。在此基础上,研制其实物样机,搭建其测控平台,并进行了试验研究。开环试验结果表明:在0~100V电压控制下,所研制的压电驱动器输出位移范围为0~0.24mm,放大比约为5;闭环控制试验结果表明:采用分段PID的驱动器控制效果优于采用常规PID的控制效果,稳态误差约为±0.5μm。

摘要：根据对人体踝关节运动生物力学的研究结果,设计了一种新型的主、被动相结合的低功耗的踩关节假肢.通过对人体行走过程中踝关节角度-力矩变化关系的特征分析、运动关系的理想化及运动过程的分解,把人体平地慢速行走运动分为触地缓冲跖屈、身体前移背屈、蹬地前行跖屈及摆动4个阶段的运动过程,采用串联弹性驱动器系统及并联弹簧模拟此运动过程,并进行由串联弹性驱动器系统、并联弹簧机构等组成的踝关节假肢的机构设计.在建立的SolidWorks、ADAMS虚拟样机联合仿真平台上进行了踝关节假肢的运动仿真,结果表明,该踝关节假肢能够实现预期的运动轨迹,验证了机构设计的合理性.

摘要：为了解决单向电磁铁比例阀的非线性特性对系统位置控制精度和动态响应速度的问题,设计了不严格依赖于精确数学模型且具有较好控制精度的非线性补偿策略。基于系统的位置反馈偏差和偏差的变化率,提出了速度和加速度反馈的补偿思想,同时引入了前馈校正提高比例流量阀的跟踪精度。在AMESim仿真平台上验证了非线性补偿策略的有效性。结果表明:非线性补偿算法的引入,消除了比例阀存在的滞后性和不稳定性,提高了高频率下的响应速度和跟踪精度。

摘要：为使所设计的下肢外骨骼机构适用于各种常见步态,通过分析非平衡性、强直性、短肢性、不同步速、不同负重等5种常见特殊步态以及正常步态的实验数据,对下肢外骨骼机构各关节进行了集成液压套索驱动系统配置与优化,并完成了下肢外骨骼机构动力学模型的建立与计算.驱动系统的配置使下肢外骨骼机构各关节满足在各种常见步态下的运动学与动力学特征,优化则在保证驱动效率的基础上最大程度降低了液压缸的工作速度,利于其控制.动力学计算得出了当最快步速不低于1.3m/s时,下肢外骨骼机构各关节驱动系统所应具备的扭矩与功率等动力学参数.所设计的下肢外骨骼机构满足各常见步态的运动学与动力学性能要求.

摘要：提出了一种外骨骼整机运动控制策略,并重点介绍了外骨骼摆动腿的运动规划与PD(比例-微分)控制.作为外骨骼摆动腿运动规划的依据,踝关节处人机位姿误差检测仅需要在腰部与踝足部进行人机绑定,降低了对穿戴者运动的限制与控制系统的复杂性.通过Adams与Matlab验证了作为外骨骼摆动腿PD控制器设计基础的外骨骼动力学模型的正确性.引入卡尔曼滤波器预测穿戴者摆动腿的运动可以在有限的采样频率下改善控制精度.实验结果表明,该方法能有效识别穿戴者摆动腿的运动意图并驱动外骨骼髋、膝关节实现人机踝关节轨迹的跟踪,可用于下肢外骨骼摆动腿的控制.

摘要：加大太阳能的开发利用,减少能源领域碳排放,是实现“碳中和”的有效路径。然而太阳能面临着太阳能利用率低,受极端天气破坏等现实问题。因此为了提高太阳能的利用率,基于双轴追日原理,提出了兼顾抗风能力的光伏发电智能追日系统。本文结合流固耦合理论,对其关键部位进行受力分析,构建了兼顾发电量和抗风破坏的优化模型,通过调节电池板的姿态参数,达成卸载风载和发电量最大化间的折衷,减少风力等对电池板的破坏,有效延长机构的寿命。结果表明对比,相关方案通过开发视日姿态调整装置,面初始倾角为45˚放置时较为合理,且跟踪变化的最佳倾角基本集中于初始位置放置时的[0˚, 20˚]之间,所设计的智能追日系统达到发电量最大功率的目的,本研究结论为光伏结构的小型化、自动化发展提供了思路,为光伏功率最大化提供了理论依据。