关键词： Soybean oil  

摘要： This work analyzes the effect of the anhydride excess on the nonisothermal curing kinetics and on the final properties of synthetic and biobased epoxy resins. Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and epoxidized soybean oil (ESO) were crosslinked using methyltetrahydrophthalic anhydride (MTHPA) as a curing agent and 1-methylimidazole (1MI) as an initiator. It was shown that the ESO/MTHPA/1MI system reacts slower than the DGEBA/MTHPA/1MI system, giving place to a more significant evaporation of the curing agent during the reaction. As a result, an excess of anhydride improves the final thermal properties of the ESO/MTHPA/1MI network, contrary to the behavior observed for DGEBA/MTHPA/1MI. The knowledge of the kinetics of the curing process and the optimal amount of the curing agent for each system is of critical importance for a more efficient processing of these materials.

关键词： 仿生机械蟹   步态分析   ADAMS仿真   实验验证  

摘要： 随着陆地资源的日益枯竭,人类对海洋资源的开发和利用越来越关注,海洋在国家经济发展格局和对外开放中的作用也更加重要。由于濒海作业对海洋经济发展、海洋科学研究等领域至关重要。我国需要一款既能在近海和陆地作业又可以进行远距离航行的多用途机器人来完成扫雷,海洋资源探测,海洋科学数据采集等任务。本文基于仿生原型和水下滑行机的特点,通过对国内外两栖机器人与水下滑翔机进行调研和资料分析,针对仿生两栖机械蟹进行了以下研究和实验。整体机械结构设计。对仿生两栖机械蟹进行了步行足、游泳足和骨架的分析与设计,确定了步行足各关节的比例和长度,确定了游泳足的尺寸和材料,确定了步行足和游泳足的排布方式并根据水下滑翔机的特点确定了机体骨架的结构和尺寸。选定了防水方案,为能够顺利完成两栖工作提供了保障,然后通过SolidWorks建立了仿生两栖机械蟹的三维模型,并将模型数据导入到ADAMS软件中进行了模型简化。步行足运动学和动力学分析。通过建立步行足D-H坐标系,对摆动步行足和支撑步行足分别进行了运动学分析,得到了步行足的步态控制参数,并用MATLAB对其建立了运动学模型,通过仿真验证了运动学分析的正确性和工作空间范围。根据拉格朗日功能平衡法对步行足进行了动力学分析,得到了各关节驱动力矩的动力学方程。步态分析与虚拟样机仿真分析。对仿生两栖机械蟹行走时的步态和水下浮游时游泳足的步态进行了分析,确定了其行走步态为“三足步态”,确定其浮游步态为双游泳足并行排列,同频率同相位反向摆动步态。使用仿真软件ADAMS对行走步态的各种运动进行了仿真,对越障、爬坡和“三足步态”下前进、转弯、横移运动时的动力学特性进行了分析。样机制作与实验。加工设计好的各零部件后对样机进行了组装,搭建了实验平台,对仿生两栖机械蟹样机进行了步态实验进一步验证了设计和分析的正确性,对其游泳足进行了水下推动实验,确定了游泳足推进效率较好的摆动频率,从而初步实现了仿生两栖机械蟹在两栖环境下都能正常工作,为后续研究工作打下了一定基础。

关键词： 新生儿呼吸窘迫综合征   机械通气   无创血流动力学   心脏功能  

摘要： 1、目的:通过无创血流动力学监测新生儿呼吸窘迫综合征在机械通气撤机前后的血流动力学变化,探讨机械通气撤机前后对新生儿呼吸窘迫综合征的血流动力学影响。2、方法:选择2018年2月至2018年12月在我院住院期间诊断新生儿呼吸窘迫综合征并予有创机械通气治疗的患儿符合纳入标准共136例,经过排除后共有114例患儿纳入研究;按照胎龄分为三组,其中胎龄(Gestational Age,GA)<28周12例(其中男性9例,女性3例),28周≤GA≤32周48例(其中男性29例,女性19例),32周0.05)。三组患儿撤机时的身长、体重均有统计学差异(P<0.05)。三组不同胎龄患儿机械通气时间、收缩压、舒张压和平均压均有统计学差异(P<0.05)。3.1.2撤机前呼吸机(SIMV模式)参数:三组不同胎龄患儿撤机前的PEEP、Fi O2无统计学差异(P>0.05)。三组不同胎龄患儿撤机前PIP的差异有统计学意义(P<0.05)。3.1.3撤机后N-CPAP的参数:撤机后三组不同胎龄患儿N-CPAP模式下的PEEP无统计学差异(P>0.05);32W0.05)。3.5相同胎龄患儿撤机前后的GGI均无统计学差异(P>0.05);但随着胎龄增加,GGI有增加趋势。3.6相同胎龄患儿撤机前后的CPI差异无统计学意义(P>0.05);但随着胎龄增加,CPI有增加趋势。3.7相同胎龄患儿撤机前后的TPRI差异有统计学意义(P<0.05),撤机后TPRI小于撤机前;三组不同胎龄患儿组间比较TPRI差异均有统计学意义(P<0.05),随着胎龄增加,TPRI有下降趋势。结论:1.对比NRDS患儿机械通气撤机前后的血流动力学变化,发现机械通气撤机前后对患儿的HR、SV、CI有影响,机械通气撤机后HR减慢,TPRI下降,SV、CI增加。2.对比NRDS患儿撤机前后的CPI、GGI差异无统计学意义,证明有创呼吸机的撤离对患儿本身心脏收缩能力无明显影响;随着患儿胎龄增加,CPI、GGI有增加趋势;证明患儿成熟度越高,心脏功能及心脏储备能力越强。3.需要有创机械通气的NRDS患儿,设置呼吸机参数时注意对患儿心脏功能和循环系统的影响,呼吸机参数压力过高对患儿血流动力学有影响。当NDRS患儿肺部情况好转、有撤机指征及血流动力学稳定,可尽早拔出气管导管改无创辅助通气,有利于患儿血流动力学的稳定。

关键词： 刚柔耦合   变截面回形梁   动力学   振动优化   运动曲线优化  

摘要： 本文主要研究了柔性多体系统范围内的刚-柔耦合动力学问题,针对国内外研究较少的中心刚体-变截面柔性梁系统、空心柔性梁系统,进行了动力学建模及仿真分析,以及对关节柔性,臂杆柔性的机械臂系统进行了运动学分析、振动优化、以及运动曲线优化分析,优化其运动过程中的运动参数,使得机械臂运动达到稳、准、快的特点。本文首先对四种不同结构中心刚体-柔性梁(Euler Bernoulli beam)系统进行刚柔耦合动力学分析。其中以等截面梁、变截面梁、等截面回形梁、变截面回形梁为对象,研究楔形梁及空心部分对梁系统的末端变形位移影响。变截面梁的宽高沿着轴向线性变化。梁的变形不仅包含了轴向、横向变形,还考虑了横向弯曲引起的纵向缩短。采用假设模态法和第二类Lagrange方程建立系统的动力学方程,并用C++编写软件进行动力学仿真。得到在相同条件下,梁的截面尺寸及空心部分对梁末端变形位移影响十分明显,且当梁在大变形情况下,该高次耦合模型依然能得到正确的结果,因此在针对实际模型建模时,建立符合实际截面的结构至关重要。其次针对回形梁,研究中心刚体半径、角速度、驱动力矩对柔性梁动力学特性的影响。采用C++编制刚柔耦合模型的仿真软件,计算了等截面柔性梁的一次近似耦合模型、零次近似耦合模型的动力学方程,分析了柔性梁末端中点横向变形位移,并且通过与Adams软件进行了仿真分析对比,验证了零次耦合模型在处理柔性多体系统动力学问题的缺陷,Adams在处理大范围高速旋转的刚柔耦合模型时存在的不足,并说明文章所建立的一次近似耦合模型对处理大范围高速运动柔性梁的适用。最后针对关节、臂杆柔性的船载机械臂刚柔耦合虚拟样机进行了运动学、模态分析、强迫振动分析,并且通过阻尼优化机械臂的振动,以及使用Matlab曲线拟合对机械臂运动曲线优化。通过机械臂柔性关节阻尼优化,观察末端执行器的振动,得到抑制末端振动的最佳参数。根据不同运动曲线对机械臂运动精度的影响,成功使用Matlab对其中的类S曲线进行优化,将优化后的类S曲线作为驱动曲线,实现了机械臂高速、稳定的执行搬运、抓取任务。

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。