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：在轨卫星搭载的高精度有效载荷对环境微振动异常敏感,从而对隔振系统的振动衰减性能提出了更高的要求。传统两参数被动隔振系统提高隔振性能时,常采用添加定常阻尼进行能量耗散的方式,但存在低频共振峰抑制与高频快速衰减不能兼顾的固有矛盾问题。为了解决这一问题,一种能够实现阻尼特性基于频率变化的四参数隔振系统被提出,采用归一化方法建立其系统传递率与等效阻尼理论模型,并与两参数和三参数隔振系统进行对比分析。基于四参数系统的频变阻尼等效理论,设计一种基于压电陶瓷致动器产生摩擦阻尼的具象化四参数隔振系统,考虑非线性摩擦阻尼的融合问题,并分析中间等效质量参数对阻尼频变特性的影响规律,最后对其频变阻尼特性和隔振性能进行了仿真与实验验证。结果表明:时域上,四参数隔振系统对随机信号的隔振率达到91.1%;频域上,相较常值小阻尼系统,四参数隔振系统在低频共振处的峰值性能提升5.46dB,且高频段保持相近的快速衰减,表现出低频大阻尼、高频小阻尼的频变阻尼特性。仿真与实验结果均表明,系统能够解决被动隔振系统中存在的高低频隔振性能之间的矛盾问题。