关键词： 齿轮传动   时变啮合刚度   齿面动载荷   刚体   弹性变形  

摘要： 指示灯机械传动系统位于飞机机身内部,在飞机准备降落时,指示灯机械传动系统会从机身内部打开,旋转一定角度,进行照明与地面交流。但由于飞机自身对于结构要求严格,对于指示灯机械传动系统更是要求其空间大小控制在250mm×11Omm×10mm,质量要求不超过10kg。指示灯机械传动系统在工作时,需要旋转90度,通过进行角度的调节,达到其工作性能要求。为实现指示灯机械传动系统运转功能以及满足体积小,质量轻,传动比大等要求,在设计中,采用两级蜗轮蜗杆传动与齿轮传动,满足工程实际要求。指示灯机械传动系统在工作运转时受到电机的启动冲击,元件之间的相互碰撞,风的阻力等,使得指示灯机械传动系统的载荷分析复杂。指示灯机械传动系统在应用过程中,经常出现元件疲劳磨损甚至断裂等情况,故对其展开动力学相关研究。对于指示灯机械传动系统动力学研究方面,首先通过对单自由度齿轮动力学理论分析,通过结合齿轮啮合时轮齿受到载荷的变化情况,轮齿啮合变形的计算,利用matlab编程得到齿轮时变啮合刚度变化图形,运用数值方法求解单自由度齿轮振动微分方程,得到齿轮啮合动力学响应沿啮合线方向上的变化规律,从一个啮合周期内看到齿轮啮合时变啮合刚度对于齿轮弹性变形的影响较大;其次,将指示灯机械传动系统看成刚体运转,对指示灯机械传动系统进行动力学建模,利用动能定理建立动力学方程,求解得到齿轮在啮合时的相关动力参数(转动速度、转矩以及所受载荷)随时间的变化规律,分析当指示灯机械传动系统在作刚体运转时,由于电机的启动冲击,载荷前期变化幅度较大,后逐渐平稳;最后,考虑指示灯机械传动系统弹性变形情况,利用等效参数法将指示灯机械传动系统等效成齿轮运转动力学问题,利用系统刚体动力学分析得到的轮齿所受载荷对系统建立弹性动力学方程,通过编程求解得到齿轮在沿啮合线的动力响应变化规律。计算结果表明,1)指示灯机械传动系统作刚体分析时,在工作过程中受到电机启动冲击的影响较大,转矩在前期变化幅度较大,后逐渐平稳;2)指示灯机械传动系统做弹性体分析时,载荷在刚体运动变化情况中有着微量弹性变化,最大达到0.8N,变形量总体呈现递减趋势。3)指示灯机械传动系统做弹性体分析时,相对位移呈现波浪式递减,在启动初期变形量较大,达到0.009mm,表明电机启动冲击对于系统影响更大。

关键词： 主动悬架移动机械臂   滑模控制   模糊控制   动力学分析  

摘要： 移动机械臂机器人是一种由移动平台和机械臂组成的工作平台。该类机器人具有较好的空间机动性和运动灵活性,被广泛的应用于管道清洁、自主装配等工业生产与国防军工领域,具有宽广的应用前景。因此对移动机械臂这类机器人进行工作稳态的研究具有很强的现实意义。目前对于移动机械臂机器人方面的研究,国内外都取得了很多有意义的进展,开发了相关控制策略,但是针对采用可控悬架的移动机械人开展平稳性研究的还是较少,在本文研究的移动机械臂机器人中,拟在移动平台部分引入主动悬架代替传统的硬轴悬架,拟通过主动悬架和机械臂部分构成完整约束,来减少由于机械臂部分运动引起的扰动,提高移动平台工作的平稳性与可控性。本文主要从滑模控制和模糊控制角度出发,以带主动悬架的移动机械臂动力学模型为研究对象,应用Lyapunov法验证稳定性,提出了两种高性能的轨迹跟踪控制器,并通过与常数增益的滑模控制器仿真实验的对比,验证了新控制器的可靠性。主要内容如下:首先,针对所述的带主动悬架的移动机械臂机器人进行动力学建模,将主动悬架控制力考虑到移动特性中构成完整约束动力学方程,并以此模型为控制器设计的依据。然后针对该模型的耦合与不确定特性采用滑模控制理论进行控制器设计,首先设计了一种基于模型不确定信息上界估计的滑模-模糊控制策略,通过自适应分段设计滑模增益达到快速收敛和减少抖动的效果。其中模糊策略被用于分段滑模增益设计中对不确定性信息上界的估计,并通过Lyapunov方程验证了理论稳定性,这种控制策略的收敛和减少抖动效果都非常好,但是比较依赖对模型精确数据的了解,考虑到实际工程中模型精确参数获得成本较大的问题,进一步考虑设计一种针对模型不确定信息缺失情况下的高效滑膜控制器。针对上界不确定信息缺失问题,设计出一种不需要模型不确定项上界信息的滑模-模糊控制策略,该控制策略具有减小抖动和快速收敛的特点。通过分段设计滑模增益导函数,并引用模糊策略根据滑模变量函数及其导函数的状态调整增益大小,这种控制策略可以使滑膜变量在远离滑膜面时以较高的速度收敛至滑膜平面,而到达滑膜平面附近时,利用模糊策略根据滑膜变量当前状态和其导数状态进行自适应调整增益导函数,使滑动变量接近滑膜面时总是平滑的,从而减少抖动现象。并通过Lyapunov方程验证了理论稳定性。

关键词： 动力学建模   振动控制   增强型主动约束层阻尼   集中质量  

摘要： 大挠度空间机械臂是航天领域的一种常见的装置,被用来执行一些航天器的舱外抓取、搬运和自我检修等任务。这种装置造价昂贵,抗干扰能力弱,在执行较为精确的任务时,容易受到外界激励,从而产生振动。在这种情况下,往往需要等待整个装置回到较为稳定的状态后才能继续下一步的操作,整个过程需要耗费很长的时间和很多财力、物力。对这类大挠度空间机械臂的振动特性研究和振动控制一直是航天领域的热点问题,吸引了很多学者对此进行研究。本文将大挠度空间机械臂简化成绕中心刚体作定轴转动的柔性梁,引入一种增强型主动约束层阻尼(Enhanced Active Constrained Layer Damping简称EACLD)结构对其进行振动控制。EACLD控制方法是在传统ACLD控制的基础上发展起来的,EACLD柔性梁模型由三层复合而成,分别是压电约束层,粘弹性阻尼层以及基梁层,同时在压电约束层的两边各增加一个边端元体,以提高压电约束层的主动作动效果。以往EACLD力学模型将边端元体简化为不计质量的线性弹簧,本文在建模时进一步将边端元体简化为弹簧-质点系统,所得到的力学模型可同时计及边端元体的质量效应和刚度效应。本文首先介绍了压电材料和粘弹性材料的基本理论,包括压电材料在四种不同边界条件下的本构方程以及几种常见的粘弹性阻尼模型描述,如GHM模型,复模量模型等。并从中选择了复模量模型和第二类边界条件下的压电本构方程。本文考虑了横向弯曲引起的纵向缩短以及高阶耦合变形量,利用欧拉-伯努利梁理论,用复剪切模量模型描述粘弹性阻尼,以假设模态法离散系统的变形场,采取闭环控制的策略,基于第二类拉格朗日方程推导出EACLD梁的高次刚-柔耦合动力学方程。使用MATLAB计算软件对梁的动力学问题进行程序的编写,进行数值仿真计算。基于新的动力学模型研究了定轴转动EACLD梁和ACLD梁随转速变化的频率、阻尼比系数。对系统动力学响应进行了分析,研究了边端元体质量,等效弹簧刚度,主被动控制层覆盖率,控制增益等参数对系统动力学振动抑制效果的影响。本文研究结果可为空间柔性机械臂系统的振动控制设计提供理论参考。

摘要： A ball-balancing robot (BBR) is a robot that balances itself on top of a ball, typically using three omni-directional wheels. This class of robot features a highly coupled 3D nonlinear dynamics that is capable of natural and holonomic motion. This dissertation presents a new mechanical design, a tractable dynamic model that is accurate at high yaw rates, and an effective estimation and control strategy for a micro ball-balancing robot (MBBR). The miniaturization and the low-cost components used in this design add significant control challenges, which manifest in the form of reduced durability and high amounts of noise, friction, and vibration, making the design of effective state estimation and control strategies for it very difficult, especially under high yaw rates. This motivates the design and use of a reduced nonlinear model which captures the important high yaw-rate dynamics well, and the design of an effective model-based observer and controller based on this reduced nonlinear model. The primary contributions of this dissertation in the general area of ball-balancing robotics include: (1) the novel (and, now, patented) midlatitude and orthogonal-omniwheel orientation of the design, (2) a reduced (minimum complexity) nonlinear BBR dynamic model which well captures its high yaw-rate behavior, and (3) the development of an effective model-based estimator (Extended Kalman Filter) and controller which are capable of achieving remarkable performance of this delicate system under high yaw rates. The novel omniwheel placement minimizes coupling and increases the normal force acting on the omniwheels, which helps to reduce the slipping caused by its very light body. Another contribution of this dissertation is: (4) the modeling and real-time implementation of drive/coast motor drivers, which is also used in the MBBR. Drive/coast motor drivers exhibit highly nonlinear behavior, which makes using them in a model-based controller difficult, but they allow for zero torque

关键词： 刚柔耦合   智能材料   压电材料   振动主动控制   建模   模态分析  

摘要： 在现代工程中,以柔性机械臂为典型的机械构件应用已经很普遍,在高新技术领域尤其是机器人技术和航空航天技术中,高速、轻质、高精准度和智能化已成为未来发展趋势,因此以柔性机械臂及其相关的机械结构为核心的动力学与控制问题受到动力学领域越来越多的关注。许多航天航空领域中的机械结构及其他领域的机械构件都属于柔性梁、杆或板搭载于刚性体的刚-柔耦合结构,此种结构都可以简化为中心圆柱体刚体外接柔性悬臂梁的基础模型即hub-beam模型进行动力学研究。此模型的动力学分析和控制问题的研究,是柔性多体系统动力学研究的范畴,相较于多刚体动力学已经比较成熟的研究层次,柔性多体动力学仍需更长久的探索。与此同时,刚柔耦合问题也是柔性多体动力学领域中亟待解决的核心问题之一。针对这一问题,本文将以较为先进的高次近似刚柔耦合建模方法进行分析。在此基础上,本文从实际工程角度出发,对柔性机械臂在恶劣极端环境下作业面临的问题进行进一步的控制及优化。在主动控制方面,智能材料结构是最活跃的研究课题之一,其中压电材料由于其特有的压电效应及逆压电效应,在制作为压电传感器和驱动器时可以对结构的振动进行有效的控制,本文也将以压电材料为核心的复合智能材料结构进行研究讨论。除此之外,目前针对压电材料的相关研究大多集中于表面粘附压电材料的结构,但由于工况复杂,表面粘附压电片的结构应用范围相对受限,本文将采用嵌入式复合材料结构对其运动学分析及振动控制研究。此文在对多体系统刚-柔耦合动力学理论、压电材料及压电主动控制方法等方向的综述基础之上,对含压电层的智能复合材料梁做大范围运动的动力学问题进行了建模理论研究和数值仿真研究,本文主要研究工作及成果有:1.综述了柔性多体动力学研究现状、压电材料、主动振动控制研究阶段性进程,并且针对工程背景对结构的影响进行分析继而进行结构优化。2.研究了大范围高速运动的中心刚体-柔性梁系统的建模理论方法,对于hub-beam模型进行详细的推导,得到高次近似刚柔耦合动力学方程,并在此基础上引入压电材料建立中心刚体-智能复合柔性梁系统的刚柔耦合动力学模型,其中包涵夹层式与埋入式两钟结构。3.针对埋入式中心刚体-压电材料智能梁中压电材料的形状与埋入位置进行理论层面的研究并做出优化,推算出最优厚度和最优埋入深度。4.基于刚-柔耦合动力学建模方法,编制动力学仿真软件,并利用该软件分析了中心刚体–智能复合材料梁系统的动力学特征,对系统的振动进行了抑制。5.采用pd控制法对于两种不同结构进行主动控制,并进行分析对比,继而进行优化。

关键词： 折展式拆装机   动力学   结构设计  

摘要： 在大型设备拆装过程中,折展式拆装机的用途十分广泛,文章通过对折展式拆装机械动力学的探究,了解拆装机的总体设计以及机械力学规律,以便实现折展式拆装机的最优设计,从而有效提升现代机械设计效率与质量。

关键词： De-polymerization   Hydrolytic reaction   Reactive force field   Sodium aluminosilicate hydrate gel  

摘要： Sodium aluminosilicate hydrate (NASH) gel is the primary adhesive constituent in geopolymer. In the nanostructure of NASH gel, structural water has a great impact on the structure and mechanical properties of NASH. In this study, molecular dynamics simulation is utilized to investigate the effect of water on the structure, dynamics, and mechanical properties of NASH gel. The result shows that water molecules in NASH gel are physically and chemically bound to Si-Al framework by the formation of H-bond as well as Si-OH, Al-OH and Na-OH. These hydrolytic reactions result in the elongation of Al-O bond and the structural transformation from tetrahedral aluminum to pentahedral aluminum. The structural weakening caused by hydrolysis for aluminate skeleton leads to an increase in the mobility of aluminum and a decrease in the stability of Al-O bond. However, the sodium in NASH structure becomes stabilized as a result of the hydrolysis of aluminate skeleton and the formation of Na-OH. In contrast, silicate skeleton exhibits hydrophobic nature and not sensitive to water. Mechanically, hydrolytic reaction weakens the tensile performance of NASH gel by two mechanisms, which is promoting the de-polymerization of Si-Al framework during the tensile process, and preventing the re-polymerization of broken framework. Meanwhile, the de-polymerization of Si-Al framework can further promote hydrolytic reaction during the tensile testing. (C) 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.

标准号: LY/T 3022-2018

摘要： 本标准规定了以锂离子电池为动力源的手持式链锯（以下简称“锂电链锡”）的术语和定义、型号编制方法、基本参数、技术要求及试验方法、标志、使用说明书、包装、运输、贮存和处理。 本标准适用于在一般环境条件下，以标称电压不大于直流75 V可充电锂离子电池包（电池组）供电的、由单人操作对树枝、木材及类似材料进行锯切作业的手持式链锯。

标准号: LY/T 3023-2018

摘要： 本标准规定了以锂离子电池为动力源的，带粉碎或不带粉碎功能的便携式吹、吸及吹吸风机（以下简称“锂电吹吸机”）的术语和定义、型号编制方法、基本参数、技术要求及试验方法、标志、使用说明书、包装、运输、贮存和处理。 本标准适用于以标称电压不大于直流75 V可充电锂离子电池组或电汹包供电的便携式园林用吹、吸及吹吸风机。

标准号: LY/T 3021-2018

摘要： 本标准规定了以锂离子电池为动力源的便携式割灌机和割草机（以下简称“锂电割灌机”和“锂电割草机”）的术语和定义、型号编制方法、基本参数、技术要求及试验方法、标志、使用说明书、包装、运输、贮存和处理。 本标准适用于以标称电压不大于直流75 V可充电锂离子电池包（电池组）供电的锂电割灌机和锂电割草机。