摘要：为实现仿昆虫翼尖的空间"8"字型运动轨迹,设计了一种基于空间revolute-universal-revolute-spherical(RURS)四杆机构的扑翼机构,通过单自由度驱动即可输出三维的空间"8"字轨迹。运用Denavit-Hartenberg参数法建立了空间四杆机构的运动学模型,利用遗传算法对机构进行了优化,得到了利于扑翼飞行的机构参数。基于该空间四杆机构的优化结果,建立了一种微型的扑翼机构虚拟样机,通过ADAMS仿真得到其输出运动并验证了运动学理论计算的正确性。所设计的扑翼机构扑动幅度达到149.8°,扭转角度达到29.9°,且"8"字型扑动规律与昆虫翅膀的运动更为相近。扑翼机构的最大尺寸不超过5.8cm,仿真发现的时间非对称扑动对气动性能有一定提升,对于微型化、轻质化、高效化扑翼飞行器的研究具有重要的参考价值。

摘要：对折叠模式的精确描述是折纸结构工程应用的前提,但现有的理论和方法无法全面地分析大多数折纸结构的刚性折叠过程。以广义Waterbomb折纸管为研究对象,基于球面机构运动学理论系统地分析了其折叠行为与运动协调条件,推导了折叠管刚性收缩和扭转运动的两套解析运动学方程。研究了各种几何设计参数对Waterbomb折纸管刚性折叠行为的影响,并讨论了该折纸结构折叠过程中的分岔行为与可能的物理干涉,及其引起的刚性折叠与结构形变的转化。此工作为基于广义Waterbomb折纸管的可编程超材料、可变形结构和机器人的设计与控制奠定了理论基础和设计依据,同时为复杂折纸结构的运动学分析提供了有效的手段。

摘要：基于"小负载,低刚度;大负载,高刚度"的非线性刚度驱动器(NSCA)优化了可变刚度驱动器(VSA)的工作区间,具有交互力小时力分辨率高,交互力大时响应速度快的优点。但在复杂的人机交互控制过程中,由于难以对干扰和噪声建立准确的数学模型,故而严重影响到系统的控制精度。因此,本文利用基于观测估计干扰并实施补偿的干扰观测器(DOB)解决非线性刚度驱动器的此类问题。首先,根据非线性刚度驱动器动力学模型建立了控制系统状态方程以及干扰观测器,利用李雅普诺夫方法分析系统稳定性并给出了稳定条件;然后,根据该稳定条件将干扰观测器算法应用于非线性刚度驱动器控制系统中得到实验数据。最后,实验结果表明,采用干扰观测器算法将非线性刚度驱动器在阻抗控制模式下的刚度误差降低了85.71%,大幅度提高了驱动器控制精度。

摘要：微创手术操作器械,作为微创手术机器人的重要组成部分,其性能的优劣直接影响手术的质量。目前的微创手术器械大多是针对手术过程中的夹取、缝合等基本操作设计的,但由于它们通常是通过简单地将传统外科手术工具小型化获得的,造成现有微创器械普遍存在着机械效益低、磨损严重、运动不协调等问题。为了提高手术操作的高效性和稳定性,基于厚板折纸理论设计了一种专门用于微创手术的新型手术钳,分析与试验表明其可提供多于传统微创手术钳1.5倍的夹持力,并具有更大的张角和更好的运动协调性,同时增加了手术操作的灵活性。动物试验表明其夹持组织更加稳定可靠。

摘要：基于物理模型试验及有限元仿真实验的方法,研究了一种刚-液-柔固液耦合结构的模态特性。制作了实物物理模型,利用锤击法测量了该结构在三种不同充液水压下的湿模态固有频率特性及振型特征,发现该结构有很好的吸振作用。同时基于ANSYS Workbench软件平台,采用声固耦合算法对该结构进行了不同内外压力下湿模态的分析,研究了其固有频率与振型在不同内外压力下的变化情况。分析结果显示,对该结构进行模态分析时不可忽略流体的附加质量效应,内外压力的增大均会引起固有频率的降低。分析结果对相关结构的湿模态分析提供了参考。

摘要：为了减少滚刀的换刀次数,提高隧道掘进机在复合岩层地质下掘进时的施工效率,针对复合岩石地层中刀盘滚刀磨损程度不同且所受载荷不均匀的特点,提出基于等磨损速率的正滚刀极径设计方法.以秦岭隧道TB880E实际施工记录的数据为实例,得出滚刀的等磨损速率方差相对降低了10.45%;结合刀盘盘体载荷的分布特性,提出基于刀盘受载均匀的多螺旋线旋转分区域极角设计方法.分析随机型刀盘、等速螺旋线型刀盘、多螺旋线型刀盘在复合地质条件下刀盘滚刀的磨损速率方差、倾覆力矩、径向不平衡力和质心偏斜量.结果表明,8条螺旋线型刀盘滚刀的布置性能综合最优.

摘要：硬岩掘进机上盘形滚刀在实际破岩过程中既随刀盘公转,又绕自身轴线自转,是一个复杂的运动过程。滚刀在破岩过程中受到的作用力的计算是进行刀盘设计和推进系统设计的重要依据。针对硬岩掘进机盘型滚刀破岩过程分析和计算的复杂性,应用ABAQUS软件中多体动力学原理建立滚刀组合回转破岩的有限元模型,模型中采用无限元网格施加无反射边界条件,消除模型大小对仿真结果的影响。通过分析计算滚刀破岩中所受的作用力,研究了滚刀回转破岩的刀间距及相位差。仿真结果表明,对于所选用的岩石类型,其最优刀间距为60mm,此时滚刀受到的滚动力最小,破岩质量最大,破岩比能最小;相邻滚刀的最佳相位差为120°,破岩质量最大,比能最小。研究为硬岩掘进机上刀盘刀具的布局研究奠定了基础。

摘要：微夹持器是微操作系统的重要组成部分。作为微操作系统末端执行器,微夹持器钳口端面在工作过程中容易出现磨损、吸附杂质、结冰或结霜等问题,而且目前微夹持器大多是一体化加工而成,整体更换将造成资源浪费。本文设计了一种可拆卸式微夹持器,利用中心波长为1064 nm的纳秒激光器,在执行操作的钳口端面上加工出粗糙的微纳结构,使用无毒害的硬脂酸溶液浸泡改性,获得仿生超疏水表面。通过电化学实验,测试了仿生超疏水表面在酸、盐和碱环境中的耐腐蚀性能,通过自清洁、抗结冰和抗菌实验测试了该表面的防污、防冻和防菌性能。实验结果表明:仿生超疏水表面能够有效抵抗酸、盐和碱环境中的腐蚀,具有良好的防腐性能;有效防止灰尘、水滴和细菌等杂质粘附于钳口端面,保证钳口端面的清洁与卫生;在低温环境中,有效防止端面结霜或结冰,使微夹持器能够在恶劣环境中正常工作。

摘要：针对强背景噪声下信噪比极低的微弱特征信号的识别问题,提出了基于奇异值分解的随机共振特征提取方法.该方法首先利用奇异值分解对实际采样信号进行预处理和重构,然后寻找到特征信号分量与噪声强度相匹配的分量信号.此分量信号再经过非线性双稳系统的随机共振处理,可实现从强噪声背景中检测极微弱的特征信号.

摘要：工程实际中的各类旋转机械广泛应用旋转环状周期结构.为了提升动力学性能,该类结构通常采用对称构型设计.但是,由于存在制造和安装误差,对称设计的周期结构通常呈现偏心形式的非对称状态,从而降低旋转机械性能.本文研究了该类结构的质量周期分布特征对固有频率分裂和动力稳定性的影响.为此,首先建立了惯性坐标系和结构随动坐标系,计算了该结构在自转和公转情形下的能量,利用Hamilton原理得到解析形式的动力学方程;然后,采用Galerkin方法和经典振动理论获得特征方程以及特征值,根据特征值预测了质量个数以及振动波数等不同基本参数组合对动力学特性的影响,揭示了基本参数与固有频率分裂及动力稳定性之间的映射关系;最后,给出了附加质量拓扑结构对固有频率分裂影响的数值算例,然后分别在稳定域和不稳定域中选取计算参考点,利用数值计算求解了时域响应,根据响应的特征验证了稳定性预测结果特别是解析结果的正确性.结果表明:当采用不同附加质量拓扑结构时,固有频率分裂和稳定性规律发生明显的变化;当质量分布参数与振动波数满足所提解析关系时,可有效抑制固有频率分裂,且调整基本参数组合可有效改善系统的动力稳定性.研究结果为该类旋转环状周期结构的振动控制提供了一定的借鉴.