为实现腿部机构足端轨迹多样化以增强足式机器人地面适应性,同时提高其运动稳定性,课题组基于曲柄摇杆和曲柄滑块机构设计了一种可调整足式机器人腿部机构.采用解析法对该机构进行了运动学分析,建立了以理想的足端轨迹为设计要求的单目标优化模型,考虑了腿部机构运动过程中的平稳性,引入了速度波动指标,以轨迹-速度为设计目标,采用NSGA-Ⅱ多目标优化方法对机构进行优化,对优化结果进行了对比分析;基于多 目标优化结果建立了腿部机构的足端轨迹库,并进行腿部机构多步态分析;以该腿部机构构建4足机器人三维模型,运用ADAMS对整机进行运动仿真.研究结果表明:多目标优化比单目标优化的轨迹误差增大了 0.16％,而速度波动降低了 5.84％;多 目标优化与已有相关研究相比,速度波动幅值降低了 25.44 mm/s.4足机器人三维模型仿真结果验证了可调整腿部机构的设计具有可行性.
为探究力学载荷作用对碳纳米管(carbon nano-tube,CNT)网络材料微观结构的影响,笔者建立了 CNT网络材料的粗粒化模型,运用粗粒化分子动力学模拟方法对CNT网络在力学载荷作用下的微观结构变化行为进行仿真分析.结果表明:CNT网络材料的取向程度在拉伸应变增加初期增大速率较快,后续随着拉伸应变的增加取向程度趋于平稳,最终会趋近于稳定值0.95;在压缩载荷作用下,CNT网络材料的取向程度会随着应变的增大而减小,且最后减小至0.15;力学载荷速率不会影响CNT网络取向程度的变化规律.
在三维环境中实现连续、稳定和准确地跳跃是单腿跳跃机器人的研究难点,课题组设计了 一种质心可准确抵达三维空间中目标位置点的单腿跳跃机器人.基于弹簧加载倒立摆(SLIP)动力学模型,实现了对机器人起跳速度的控制,使可控连续跳跃成为可能;基于反作用轮倒立摆(RWP)动力学模型和角动量守恒定律,实现了在3个惯性尾辅助下的三维姿态实时控制;集成SLIP模型,RWP模型和课题组提出的落地后转向策略,设计了机器人质心可精确到达预期三维目标点的连续跳跃算法.仿真结果表明:该单腿跳跃机器人可实现在三维环境中的连续、稳定和准确跳跃,从而验证了课题组提出的三维跳跃动力学模型及其控制算法的可行性.
为探究钢-铝搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头中不同特征的孔洞缺陷对应力分布的具体影响,课题组利用CATIA二次开发程序对孔洞缺陷开展仿真研究.首先,根据钢-铝焊接接头的特点对孔洞和基体进行简化,为量化分析提供基础;然后,编写CATIA二次开发程序对孔洞进行参数化建模,同时建立基体模型,并对孔洞和基体模型进行布尔操作生成接头模型;最后,利用ABAQUS软件对接头模型进行仿真分析,得到孔洞不同特征变量对钢-铝FSW接头的影响.结果表明:孔洞的参数化建模可以很好地提高建模效率;空间角度α和β对应力分布的影响较大,而空间角度y对应力分布的影响较小;在空间角度相同时,表面孔洞的应力集中系数大于内部孔洞的应力集中系数,表面孔洞的危险程度更大;且应力集中程度最高的位置位于钢-铝交接处.参数化建模和仿真方法为孔洞危险程度的评估提供了一定参考.
为低成本检测永磁直线同步电机动子位置,课题组提出一种新型霍尔传感器检测装置.该装置由一个附加的辅助磁钢和霍尔传感器组成;通过霍尔元件检测电机动子磁场,利用磁场信息计算动子位置;分析霍尔元件检测过程中可能的误差影响,并使用JMAG进行有限元分析,依据分析结果选择最佳安装位置.结果表明:通过分析计算相邻传感器的检测结果可以检测电机动子位置.该装置可以满足低成本检测电机动子位置的需求.
