This study presents a novel deformable wheeled robot based on an origami mechanism, designed to address the limited environmental adaptability of traditional wheeled robots. The research begins by rigorously establishing the fundamental parameters of the origami unit through an in-depth analysis of the Miura origami motion principle and a comprehensive study of the correlation between geometric parameters. Leveraging the theory of origami thickening, the origami unit is thickened and integrated into the design of the deformable Wheel-Legged mechanism. Controlled by a single motor, four Wheel-Legged structures enable seamless transformation between wheeled and legged forms. The paper provides a comprehensive analysis of the robot’s deformation, obstacle crossing, and other motion processes. Furthermore, it thoroughly investigates the effects of various gaits on the stability of the robot’s movement, followed by rigorous simulation and experimental verification. The experimental results unequivocally demonstrate the robot’s capability in deformation, steering, and obstacle avoidance.
针对结构和行驶路况复杂的X06E六轮驱动全地形车,建立了其整车刚体动力学模型,通过对车身进行模态分析,提取了车身柔性体模型,从而建立了 X06E六轮驱动全地形车刚-柔耦合系统动力学模型.针对某试验场减速坎实际尺寸建立了相应的路面模型,并以此为输入进行了 X06E六轮车瞬态动力学仿真分析,与试验场减速坎路面实际行驶工况采集的车轮垂直力和车身应变进行了对比验证.结果表明:无论是车轮垂向力,还是车身应变,仿真和试验结果趋势和幅值吻合较好,为六轮驱动全地形车动态设计和分析提供了参考.
针对齿轮啮合强振动干扰下滚动轴承微弱故障特征提取难的问题,提出一种最大重叠离散小波包变换(MODWPT)和最大相关峭度解卷积(MCKD)相结合的滚动轴承早期故障诊断方法.首先采用MODW-PT 方法将复杂的轴承故障振动信号分解为若干分量,然后依据峭度准则,选取峭度较大的分量进行MCKD滤波,最后对滤波后所得信号做Hilbert包络分析,将包络谱呈现的频率特征与理论故障特征频率相比较,识别故障特征,实现故障诊断.通过轴承故障的仿真及实验研究,并对比单一 MCKD方法和EMD-MED方法的提取效果,说明该方法可以在一定程度上抑制齿轮啮合强振动及噪声的干扰,增强并有效提取出滚动轴承早期低频微弱故障特征.
针对石油钻井井控装置中放喷管线的外表面打磨清理困难,人工打磨效率低且危害操作人员身体健康的问题,设计一种自动打磨爬行机器人.通过对打磨机器人进行受力分析,确定其内部打磨模块总力矩;同时利用COMSOL有限元仿真分析软件对打磨机器人进行仿真模拟,分析了其外壳与打磨片的应力、位移和应变情况,并对该机器人进行了结构优化.最后进行了自动打磨爬行机器人试验测试,结果表明该机器人对放喷管线外壁杂质可有效去除,打磨后表面整体光滑并可见部分金属光泽,满足后续检测需求.
装载机在作业时工况恶劣,其驱动桥中的齿轮系统热-机负载较大,其疲劳性能决定了整机可靠性.针对装载机在服役期间轮边减速器齿轮接触疲劳问题,对其进行了有温度场与无温度场两种情况下的疲劳寿命分析.首先建立了齿轮单齿啮合的有限元模型,跟据传热学理论计算了疲劳试验加速加载谱工况下齿轮的热边界条件.随后对其温度场与应力场进行了求解,得到了啮合齿轮在各级载荷下的温度分布与应力分布.最后对齿轮接触疲劳寿命进行了评估并与台架试验结果进行了对比,结果表明:有温度场作用的疲劳寿命更接近实验结果.研究为齿轮系统的优化及抗疲劳设计提供了参考.
从可展开的剪叉状连杆单元入手,利用其运动特性进行了步行机腿的构型设计,并就可展单元结构进行了物理性能分析,确定了步行机可展单元腿的基本构型;进行了可展机构腿的运动学分析,采用矢量法求解了腿部运动学正解,并给出了正解的解析表达式;同时与一般单开链两自由度连杆机构腿对比进行了承载能力分析,说明可展机构腿在行走作业时具有良好的克服非结构化路面的潜能以及良好的步态遍历性;根据运动学给出了腿部的工作空间,分析了工作空间内的力学分布情况;以四足步行机为例,进行了腿的尺度设计,给出了一种可展机构腿的整机实例.
多机械臂协作系统是一个多输入输出、时变性、强耦合性的系统,由于存在外界扰动、负载的变化以及机械臂之间的相互干扰,多机械臂协作系统需要解决不确定环境交互以及协调规划问题.针对多机械臂协作系统耦合运动协调问题,提出了基于运动学约束的耦合运动自适应协调控制方案.通过协调搬运任务来研究耦合运动,根据自适应协调算法,在线修正从机械臂轨迹,保证了协调控制精度.基于多机械臂运动学约束算法进行多机械臂协调运动动态仿真及实验分析.仿真结果显示机械臂在轨迹规划路径的各点处均保持着协调关系.实验结果表明所提多机械臂协作系统耦合运动约束控制方案协调效果较好,控制精度较高.
考虑到采用深度学习方法进行机械设备故障诊断时无法准确识别所有故障类型的缺陷,综合运用 Nesterov 动量法(Nesterov LSDA,NM)和独立自适应学习率算法(Self-individual adaptive learning rate,SALR),设计了一种SALR-NM优化算法,从而实现高维度与复杂数据在深度学习过程中获得更快速率并提升学习结果准确性.研究结果表明:以RVM进行处理时,各载荷工况呈现较低精度,随着载荷增大后,信号精度也逐渐降低.各载荷工况下形成的振动信号都可以通过SALR-NM准确识别故障特征,测试10次得到的准确率都是100％.各载荷状态下形成的振动信号,以SALR-NM与PCA处理时达到了 100％的最高精度,Adam则达到了最小精度,只有68.82％.本研究通过Nesterov动量法构建得到具备自适应功能的深度信念网络SALR-NM,能够直接获取频域信号的深层数据特征,从而高效诊断滚动轴承故障.
针对产品开发设计流程需求-功能映射过程不完善,映射内容不精准进行改进,设计产品功能架构.以公理设计框架为指导,利用Kano模型和QFD分析客户需求,转化为产品技术特性,建立客户需求-技术特性一级质量屋,生成技术特性设计结构矩阵,完善一级质量屋;确定功能意图,特化概念,以技术特性为依据,利用公理设计进行功能分析,得出架构功能元素,建立技术特性-功能要求二级质量屋;根据设计矩阵建立功能要求-设计参数三级质量屋,生成功能设计结构矩阵,完善二级质量屋,构建QFD-AD-DSM集成模型,根据集成模型构建并拓展产品功能架构.以小型无人机停泊舱的架构设计为例,验证了设计过程的有效性.
针对目前国内空气净化器处理污染物单一等弊端,基于TRIZ理论解决技术问题的方法和流程,运用TRIZ工具对空气净化技术系统进行了深入分析.通过将多种空气净化技术集成以实现室内空气的高效净化,设计静电集尘和过滤除尘子装置对可吸入颗粒物进行吸附;结合紫外线杀菌装置对细菌、病菌等有害物质进行灭杀,采用巴涤固态光触媒材料作为吸附剂对有毒有害气体进行吸附降解.利用多种空气污染物释放剂对多功能空气净化器的净化能力进行实验测试,结果表明,设计的空气净化器可将多污染源空气进行有效净化处理,空气中TVOC等污染物的净化效率达到95％以上,空气净化质量较高.
RV减速器具有体积小、传动比大、承载能力强和传动效率高等特点,被广泛应用于工业机器人、航天设备等领域.为了实现高效准确的三维数字化建模,采用Visual Basic 6.0为开发工具对SolidWorks软件进行二次开发,搭建了一个全参数化三维数字建模系统平台.用户通过平台交互界面将图纸数据、设计参数输入系统,通过程序调用三维建模软件,即可实现RV减速器零部件的参数化建模.参数化建模设计过程中利用SolidWorks方程式驱动直接修改渐开线方程,相较于传统的样条曲线拟合方法更加精确高效.并且考虑了渐开线齿轮的变位、磨削,以及摆线轮修形等实际问题,更加符合工程实际应用.
针对现有的数控机床造型美度评价方法存在主观性、不确定性和随机性等缺点,研究了数控机床美学评价过程,提出一种基于改进CRITIC-TOPSIS和计算美学的数控机床形态评价方法.该方法首先依据数控机床的形态特征和计算美学理论建立美度指标评价体系,然后使用改进的CRITIC法确定各项指标的权重,提高评价结果的客观性和准确性,再采用TOPSIS法计算出数控机床样本的综合评价值并排序.最后,通过现有美度评价方法进行实验对比,验证方法的可行性.结果表明,基于改进CRITIC-TOPSIS和计算美学的评价模型可以较准确地对数控机床形态美度进行客观定量评价,为数控机床形态美度评价提供了一种新的评价方法.
为了研究微结构尺寸参数对减阻性能的影响规律,构建了 V形、L形及T形三种微结构有限元模型,采用Fluent软件进行数值模拟,分析微结构尺寸参数(高宽比、数量和间距)对减阻率、速度和涡量的影响.结果相较于L形、T形微结构,V形微结构的减阻性能较优,减阻率可达15.6％.当V形微结构高宽比为1∶1,流体域速度为6 m/s时,减阻效果最优,减阻率可达5％;V形微结构展向数量对减阻性能的影响较小,减阻率在14％-16％之间变化;当间距值为0.05时,减阻率最大为14％.结论微结构使得近壁区边界层内发生了湍流猝发现象,外部高速流体与壁面区域的流体分隔开,变相的增加了边界层的厚度.同时涡量集中在微结构尖端处,减弱反向旋涡的强度,抑制了低速条带的形成和发展.
运用SPA散布熵与SG聚类方法对滚动轴承故障进行智能诊断.先通过平滑先验分析(SPA)的过程处理轴承振动信号获得趋势项与波动项;再对散布熵值进行计算得到故障特征向量,最后利用SG分类器对特征向量聚类识别.研究结果表明:通过分析系统参数对DE值的影响确定最优的取值:高嵌入维数3,类别6,时间延迟1.利用SG模糊聚类方法处理SPA-DE,不同的故障类型聚集于靠近聚类中心的区域,相邻聚类中心间形成了明显间隔,并未出现不同故障问题的相互交叉混叠,因此采用本文方法对各类轴承故障进行诊断时可以实现优异故障分类性能.相对EMD-DE-SG聚类诊断模式,本文算法具备更大分类系数,与1达到了更大的接近程度,大幅降低了平均模糊熵,判断本文算法对于各损伤程度的轴承故障具备更优的诊断性能.根据滚动轴承测试参数可知可以采用此方法快速准确识别轴承各类故障问题及其严重程度,可以实现故障的可靠诊断效果.
针对当前旋翼无人机自动机场发展水平进行充分调研,论证旋翼无人机集群智能贮舱的军事应用需求,为解决战场环境下旋翼无人机集群自主释放与回收问题,进行了智能贮舱设计,实现五架旋翼无人机的舱内存贮与自主释放和收纳,进行物理样机研制并开展验证试验,验证了设计的有效性.本设计提高了旋翼无人机集群在军事领域应用的无人化和智能化水平,具有较强的军事应用意义.
动静碰磨是转子系统最常见的故障之一,通过滑动轴承双转子试验台对转子系统碰磨故障进行研究.采用尼龙和黄铜材料制成碰磨装置进行试验,并对不同进口油压的试验结果进行分析.发现随着转速的升高,振幅增大,碰磨导致系统行为更复杂;当滑动轴承进口油压增大时,转子系统振幅减小,系统从多周期运行状态变为拟周期运行;进口油压不同时,振幅随转速的变化趋势基本相似,在低转速时水平方向和竖直方向的振动幅值基本重合,高转速时水平方向的振幅大于竖直方向;转子系统发生碰磨时,尼龙材料的最小极径值大于黄铜.当转速超过临界值,尼龙材料碰磨时系统的振幅远大于黄铜材料.
为实现激光扫描仪及多传感器对煤矿井下大坡度(≤30°)斜巷轨道及断面变形等信息的无人化检测,提出了一种基于永磁间隙吸附的轨道轮式巡检机器人.对巡检机器人本体结构进行了设计和力学分析,设计并优化了磁吸附单元磁路和尺寸参数,确定了影响磁吸力的主次要因素.通过对巡检机器人进行爬坡运动仿真,表明永磁间隙吸附的巡检机器人性能满足要求.
为实现水泥装车自动化,设计了一款新型的水泥装车机,研究了其中关键结构落包板在承受水泥包撞击时的应力变化情况,利用ANSYS进行有限元仿真分析,并对落包板进行结构优化.为分析落包板的尺寸、应力、质量之间的关系,建立响应面模型,并利用多目标优化算法对模型进行优化.优化后落包板的两个局部最大应力分别减小了 22.6％、46.5％,同时质量减轻16.5％,可提高装置的经济性与安全性.
针对间隔排布型盘式磁力耦合器的输出转矩特性问题,在考虑感应电流产生的感应磁场对原磁场影响的基础上,运用等效磁路法,建立其磁路计算模型,引入卡特系数,推导磁力耦合器的输出转矩公式.运用有限元模拟获得磁力耦合器的磁场分布、转矩变化曲线和机械特性曲线,分析感应磁场对原磁场的影响,并确定了最大转矩处的转差率不随耦合器气隙的改变而改变.最后,搭建试验平台,进行磁力耦合器的输出转矩测量试验.研究表明,最大转矩点的转速差不随气隙厚度的变化而变化;转速差小于120 r/min时,试验结果与理论计算结果、仿真结果基本一致,进一步验证间隔排布型盘式磁力耦合器输出转矩模型的准确性.
为获得精确扭矩信息,通过对传感器传统十字型弹性梁结构分析,以等强度梁理论限定最小梁尺寸,进行不同尺寸梁结构拓扑优化求解,最终提出一种高灵敏度和良好抗串扰能力的X型弹性梁结构电容式扭矩传感器.传感器敏感元件为X型梁,此结构可以使传感器在满足强度条件下实现更小刚度以提高传感器的灵敏度;传感器转换元件为差动结构平行极板电容器,提高了传感器灵敏度并有效降低了传感器非线性误差,此外设计了带槽型孔的PCB板使得电容器初始极距可手动调节,更容易保证了电容器的初始极距;制作传感器并通过实验验证,结果显示,该传感器的灵敏度为871.9(CDC/N·m),迟滞为0.16％FS,串扰误差为0.73％FS.对实验结果采用最小二乘法进行三次多项式拟合,得到传感器符合度为0.14％FS.
