为了提升走钢丝机器人的稳定性,对走钢丝机器人进行结构设计、仿真分析,并进行了样机制造。首先根据简化的机器人动力学建模原理图,建立机器人动态数学模型,然后通过MATLAB工具箱SimScape构建机器人系统虚拟样机,并采用系统仿真方法对控制系统PID参数进行整定,实现机械人系统仿真。最后对试制的系统样机进行行走实验。结果表明,走钢丝机器人可以在钢丝上稳定站立,能够验证上述研究方法、过程及结果的正确性,可以为走钢丝机器人稳定性研究提供参考和借鉴。

气动软体驱动器的材料与电气比例阀的压力控制都具有较强的非线性,传统的PID控制方法对非线性系统的控制很难达到理想的效果。文中提出了一种将模糊控制与PID相结合的控制策略。根据电气比例阀结构与工作原理,初步建立了电气比例阀的数学模型。通过基于采集输入输出数据的系统辨识方法来获得控制系统的传递函数,基于此传递函数在MATLAB/Simulink中建立模糊PID控制模型并对其进行仿真,将模糊PID和PID的控制效果进行比较。结果表明,模糊PID算法在电气比例阀压力输出控制方面具有更好的自适应能力。

针对海上搜救和海上勘探的需求,设计一种气动变腔驱动器软体机器人模拟金枪鱼推进运动,可有效增加推进效率、减少能耗。本文研究金枪鱼尾部的推进机理,通过UG完成了软体仿金枪鱼机器人的尾部、前身及平衡鳍结构进行设计,对结构进行分析,简化尾部的力学模型,基于Yeoh本构模型在ANSYS中对尾部软体驱动器和软体仿金枪鱼机器人模型进行仿真分析。仿真结果验证了软体仿生金枪鱼机器人柔性驱动器满足弯曲变形需要,整体结构符合水动力特性。为后续软体仿生金枪鱼机器人的控制工作做好理论基础。

基于硅橡胶材料的超弹性特征,参考蠕虫类生物结构和运动特点,以六棱柱型驱动器和圆柱型驱动器为机器人主体,设计了一种蠕动式软体管道机器人,并分析该机器人在管道中的两种运动模式。结果表明,所设计的蠕动式软体管道机器人结构和运动模式是可行的。

为了弥补液压系统领域中插装阀仿真理论和方法的不足,课题组研究了插装阀在AMESim软件中的仿真建模方法。采用AMESim的HCD(液压元件设计)库,按照原理图与HCD已有元件一一对应,设计了插装阀的仿真模型,给出了方向、压力和流量插装阀的超级元件封装方法,最后再通过仿真回路绘制出液压缸位移与时间输出关系仿真曲线。结果表明,本研究所采用的插装阀仿真建模方法具有合理性和正确性。

针对半实物仿真平台理论和应用技术研究不足的问题,课题组以AMESim仿真软件为载体,开发了基于数据采集卡的液压伺服系统半实物仿真平台,解决了半实物仿真系统开发中的系统模型建立、模型求解、高精度定时器和计算机通信接口问题。仿真实验表明:通过利用本半实物仿真平台进行PID控制,证明了本研究方法具有有效性。

针对阀控非对称液压缸理论和应用研究不足的问题,进行自适应非线性控制算法研究。推导阀控非对称液压缸的非线性理论模型,并利用反步法设计控制系统,再通过功率键合图建立阀控非对称液压缸的仿真模型,验证控制算法具有正确性。最后,对所提出的自适应控制算法进行仿真验证,给出自适应反步控制算法的参数整定方法。结果表明,系统参数能够呈现出良好的自适应动态过程,将该算法应用于具有典型非线性特性的液压伺服系统,可以获得良好的控制效果。

为了提高SCARA机器人在工业场合中的工作精度,对其动力学模型进行分析是有效途径之一。建立机器人拉格朗日动力学方程并进行线性化处理,得到一组关节力矩和待辨识参数的线性表达式。选取有限项傅里叶级数作为激励轨迹模型,并使机器人启停时关节角速度和角加速度为零,确保机器人运行平稳。再将线性表达式中观测矩阵的条件数作为优化指标,并结合MATLAB优化工具箱,获得关节最优激励轨迹系数。最后通过递推最小二乘法获得待辨识参数,并代入关节力矩表达式中,并与实际采集力矩值进行比较,确定两者变化趋势。结果表明:实验能够获得较为理想的效果,经过辨识计算所得关节力矩可用作相关领域的动力学控制。

基于ANSYS Workbench有限元分析软件,对某典型汽车发动机气缸盖、气缸垫及气缸体组合结构的密封性能进行研究,并详细阐述了研究过程中所涉及到的重要思想和关键技术。利用获得的有限元稳态研究计算结果对发动机数模准确性、数值模拟方法正确性进行验证,并确定存在的密封缺陷和不足,再由Matlab插值法与有限元分析技术相结合,对影响发动机密封的关键因素进行优化调整,最后通过有限元多物理场耦合计算结果对优化调整后的发动机密封性能进行检验。结果表明,通过对发动机气缸垫压纹结构和联接螺栓的预紧力进行优化调整,达到了提升发动机密封性能的目的。