针对四足机器人运动过程中存在的自碰撞问题,采用距离函数法,通过对腿部选取特征点,并对特征点之间的距离检测,进行足端的轨迹规划。研究过程中,建立了四足机器人的三维模型,并给出了四种自碰撞位置检测模型,对腿部运动空间的分析,每条腿上选取两个特征点,用距离函数法对特征点间距离进行控制,进而实现对腿部的控制。经过仿真分析和实验得出,应用距离函数法可以将两足端的最小距离控制在34.72mm处,有效的避免机器人在行进过程中腿部之间存在的碰撞问题。

针对液压四足机器人工作效率低、响应速度差的问题,采用机器人squat步态下的关节轨迹与最优负载匹配相结合的方法进行了深入研究。建立了机器人三维模型,并进行了运动学分析,获取了机器人squat步态下的关节驱动函数。进行了机器人动力学仿真分析,获取了动力机构的关节轨迹。建立最优负载匹配,得到了机器人动力机构的最优匹配参数。最终通过AMEsim仿真与机器人样机试验对该研究方法进行了验证。结果表明,在满足负载的前提下,当供油压力取17 Mp,伺服阀空载流量取7.7 L/min,活塞直径取26 mm时的动力机构工作效率高,并且响应速度快,验证了该方法的有效性。

为了实现电液伺服机构驱动速度自动调节,抑制和消除扰动的影响,利用测速电机和电位器作为反馈元件,油缸作为驱动执行元件,PID为核心及相应的信号处理等电路构成观测器重构状态反馈控制元件,构成了等价闭环控制系统,给出了油缸和伺服机构驱动原理及观测器重构状态反馈系统的设计方法和实验过程.经实验证明,本系统能够得到往复直线运动速度自动调节,实现了双杆活塞液压缸对称相等的驱动速度,具有快速抑制和消除系统扰动作用的功效.

针对液压四足机器人的跳跃步态控制问题,依据弹簧负载倒立摆(spring-loaded inverted pendulum,SLIP)模型理论对四足机器人跳跃过程进行分析,采用解耦的控制思想,将运动控制分为水平运动控制、竖直运动控制和机身姿态控制,通过在腾空相对触地角的调整实现水平方向上速度的控制,在触地相进行能量补偿与机身俯仰姿态调整,完成对跳跃步态的控制,并在仿真软件中建立虚拟样机进行仿真分析,得出跳跃运动过程中的运动速度、跳跃高度和足端弹簧所受力的大小。最后在液压四足机器人平台上进行验证,证明了该方法可以实现四足机器人稳定的周期跳跃运动。

依据传热学、流体力学和摩擦学相关理论,采用有限元数值分析方法,运用Fluent软件,对可倾瓦推力轴承两瓦之间润滑油的温度场进行数值模拟,分析镜板表面温度场在不同转速、表面粗糙度、瓦张角以及粘度条件下,与润滑油的热交换。结果表明镜板转速、粗糙度、瓦张角以及粘度均对润滑油温度场均产生一定的影响;计算工况下导致滑油温升3~5℃。这一结论可为分析推力轴承进油温度提供参考。

针对摩擦热效应等因素引起汽车刹车制动器性能不足的问题,依据动力学原理的固有频率理论,首先运用OptiStruct仿真软件对不同材料属性的盘式刹车片进行模态分析,其次是基于Hyper Morph对制动盘进行预变形定义并以此作为形状优化的设计变量,通过OptiStruct优化求解器计算出盘式制动盘的最佳结构形状,最后对设计变量灵敏度进行分析,给出对优化结果影响最大的设计变量并进行了针对性的改进。设计方法对提高刹车制动系统的性能、降低制动噪音和减小振动有着重要意义。

针对支持向量机（SVM）对处理大样本数据和多分类问题以及核函数选择的局限性，提出LMD支持向量机电机轴承故障诊断方法。首先应用局域均值分解（LMD）算法对信号进行自适应分解，得到一系列PF分量，并利用相关分析剔除虚假分量，提取真实PF分量能量组成特征向量；其次应用新的核函数对SVM进行改进，实现自适应的训练，并针对大样本数据和多分类问题采用‘一对多’的方法；最后以特征向量作为改进SVM的训练样本和测试样本，对电机轴承故障信息进行训练，预测。实验验证，该方法能有效的对电机轴承故障进行自适应的诊断。

非对称缸五阶电液伺服系统是一类典型高阶非线性、时变、增益不对称系统,由于动态特性随负载变化大,使用常规PID控制很难满足性能指标的要求,而采用BPNN原理设计成的常规单神经元PID控制器又因学习速率低,收敛速度慢,控制效果不能令人满意.经研制采用20-SIM仿真工具建立仿真模型,设计了一种改良的单神经元PID控制器,其控制的仿真结果表明,该控制器适合于此系统.

针对液压四足机器人作动器能耗较大问题,分析液压四足机器人各关节驱动力在摆动相和支撑相特点,提出变供油压力作动器作为液压机器人关节驱动方案,给出变供油压力作动器的构成、工作原理及参数设置方法,应用增益切换方法实现变供油压力作动器控制.此变供油压力作动器具有结构简单、控制方便、节能效果显著、便于应用到其他载荷变化较大的场合.采用MATLAB、AMESim联合仿真平台进行所提方案验证,仿真结果表明,变供油压力作动器与固定供油压力作动器具有相同性能,且能够实现系统节能,最后通过机器人单腿测试平台验证了所建仿真模型的正确性.

针对海底管道连接器专用测试平台进行了液压系统的联合仿真.根据液压原理图和控制方框图使用AMEsim软件对液压控制系统进行模拟,通过仿真结果分析液压缸运动的同步性和活塞杆受力情况,以及系统保压时活塞杆作用力的变化情况.通过模拟得到液压缸在运动和加载情况下误差能够保证在3%范围内,多只液压缸同时动作时能够保证很好的稳定性,在扭矩加载时两只液压缸达到最大位移和加载力相差0.8 s,误差为2.8%〈3%,满足试验需求,试验台液压系统具有良好的性能.