火星巡视器鼓形车轮仿生设计与性能分析

以善于沙地奔跑的鸵鸟的二趾足为仿生原型,利用工程仿生学原理,设计一种高通过性的仿生越沙鼓形轮面车轮。以与火星壤近似的松软沙土为试验材料,利用车轮-土壤土槽测试系统,以轮辙、挂钩牵引力和沉陷量为试验指标,对仿生鼓形轮面车轮和普通轮面车轮的通过性能进行了对比分析。结果表明,当滑转率超过0.85时,普通鼓形轮面比仿生鼓形轮面轮辙的堆积现象明显,并且出现明显打滑空转现象。在相同试验条件下,当滑转率小于0.42时,普通鼓形轮面车轮的挂钩牵引力稍大于仿生鼓形轮面车轮,当滑转率大于0.42时,仿生鼓形轮面车轮的挂钩牵引力明显大于普通鼓形轮面车轮。仿生鼓形轮面车轮和普通鼓形轮面车轮的最大挂钩牵引力分别为11.6N和2.6 N。滑转率对于普通鼓形轮面车轮的沉陷量影响较小,沉陷量基本保持在约35 mm,而随着滑转率的增大,仿生鼓形轮面车轮沉陷量呈现缓慢增大趋势。     

仿生步行足沙地力学特性研究

基于螃蟹对滩涂、沙地、湿地等有很强的运动适应性,参照中华绒螯蟹步行足指节的结构,设计了4种仿生步行足:圆锥、圆锥沟纹、棱锥和圆柱沟纹步行足,并与圆柱足对照。通过土槽试验,考察在多种试验条件下,不同步行足对入土力、支承力、推进力和出土力的影响,并采用正交试验分析影响推进力的主要因素。与圆柱足的对比试验结果表明:仿生足有良好的沙地力学特性,锥形仿生足入土力减小64.71%~95.43%;圆柱沟纹仿生足使支承力增加9.48%~24.31%,推进力提高3.84%;仿生足出土力降低13.26%~89.83%,有效减少能耗。研究成果为松软路面步行机构触土部件的设计与优化提供了基础依据。     

可变直径滚轮式步行轮设计

步行轮具有出色的越障能力,受到科研工作者的重视和研究.为越过障碍物范围更广,行走机构设计成可变直径为佳,通过拟定设计要求,提出变直径方案,利用ANSYS对其进行结构分析,并试制出样机.通过实验证明,该步行轮可变直径广,结构简单,安全可靠.     

基于贝壳棱纹结构的仿生除草轮设计与分析

小麦在生长过程中极易受到杂草的侵扰,造成产量下降和品质降低。传统的除草轮在切入土壤的过程中会受到较大的阻力,离开土壤时易产生土壤黏附现象,对除草效率产生不利的影响。为此,以栉孔扇贝瓣为仿生原型,对除草轮进行仿生设计,并利用有限元软件ABAQUS对除草轮与土壤的相互作用进行模拟分析,利用电子万能试验机对除草刀片与土壤的相互作用进行试验分析。研究结果表明：仿生除草轮与原始除草轮相比,可以有效降低除草作业时的阻力,减少土壤黏附现象,为除草轮的优化设计提供依据。     

东北垄作区耦合仿生镇压轮设计与试验

针对东北垄作地区春播时风大、雨少、温度高等造成的土壤水分蒸发快、缺苗严重等现象,借鉴现有镇压方式对种子周围土壤的压实研究,以蜗牛和扇贝触土外凸曲面为仿生对象,设计了耦合仿生镇压轮.耦合仿生镇压轮可以从两侧挤压土壤,使湿润的土壤压缩,保持土壤含水率和土壤温度,促进种子生长.采用耦合仿生方法,提取了蜗牛触土横面外凸曲线与扇...     

大豆垄上耦合仿生镇压轮动力学分析与参数优化

针对现存大豆垄作耕作模式中播种作业后镇压强度差,进而导致土壤水分散失快、土壤温度低、出苗率低等问题,对前期所设计的耦合仿生镇压轮进一步优化设计,并应用于大豆垄上镇压作业,以此来提高镇压轮的作业性能与作业效果。根据对耦合仿生镇压轮的动力学分析得到,影响镇压轮作业性能的因素为镇压轮载重、镇压轮宽度、土壤参数。在土壤参数为自然条件下,以作业速度、镇压轮载重、镇压轮宽度为试验因素,土壤硬度、土壤温度、出苗率为评价指标对耦合仿生镇压轮实施三因素五水平正交旋转组合试验,试验结果表明作业速度为4.38 km/h、镇压轮载重为42.5 kg、镇压轮宽度为21.35 mm时,土壤硬度为369.5 kPa,土壤温度为14.9℃,出苗率为96.7%;对比试验结果表明,相对于传统刚性镇压轮,优化后的耦合仿生镇压轮作业后土壤硬度提高6.42%、土壤温度提高9.56%、出苗率提高3.64%,因此优化设计的耦合仿生镇压轮作业性能与作业效果较优。     

基于Arduino的六足仿生机器人的设计与研究

文章分析了六足机器人的工作原理,机械结构设计和运动步态,并以Arduino板作为主控板,舵机控制板控制舵机,超声波和红外传感器结合实现机器人平稳运动。     

Mecanum轮参数化设计和运动学分析

全方位移动平台在拥挤的环境中运行时,由于轮子的非完整性约束,使用传统的或者滑动转向的普通轮式车辆虽然可以到达环境中的任何位置和方向,但可能需要更加复杂的操作以及环境的要求。为了在局部不平地面条件下应用Mecanum轮,总结出在实际装车环境下的几种不平地面条件,根据条件约束提出了Mecanum轮的结构设计,并针对Mecanum轮的辊子进行了参数化的设计和计算。为了提高Mecanum轮的性能,对结构进行了运动学分析。对辊子的参数化设计为其精密制造提供了理论依据。     

基于空间曲线啮合轮的六足机器人结构设计与分析

为减小六足机器人的体积及优化其结构,设计一种基于空间曲线啮合轮的六足机器人。详细介绍空间曲线啮合轮传动机构及执行机构的特点及设计思路．对机器人的受力情况进行分析。新型机器人结构简单,体积小且成本低。     

股骨假体仿生微结构设计与分析

目前全髋关节假体性能与真实人体骨骼之间存在巨大差异,容易导致术后假体失稳,仿生微结构可有效解决由于应力遮挡引起的假体失稳问题。基于此,设计了新型仿生微结构股骨假体,以仿生结构(六面体立方、面心立方和体心立方单元结构)构建模型,模型之间保持相近的孔隙率(43%),进行有限元仿真模拟压缩试验,分析仿生微结构的变形、屈服应力、弹性模量等。研究发现,结构的等效弹性模量下降到24.0 GPa左右,与人体皮质骨17.0 GPa相近,其中体心立方结构最小,为22.2 GPa。在3种模型中,六面体立方的稳定性、刚度最强;体心立方的位移最大。研究表明,多孔仿生微结构能够降低弹性模量,改善应力遮挡问题,并对骨骼内生长具有促进作用。     

大型机具行走带双轴地轮设计

针对大型农机具地轮动力不足、分布位置及结构形式不合理等问题,设计开发了行走带双轴地轮机构。该机构主要由深度控制及轴间差速机构组成。将地轮机构分两组布置于拖拉机行走带上,单组采用双轴简支、轴间差速的设计方案,双侧同步液压缸控制耕深。研究结果表明:该地轮具有结构紧凑、播种深度调整方便、仿形性好和驱动力大等特点。     

手扶拖拉机驱动轮轮距无级调整结构研究

对手扶拖拉机驱动轮轮距无级调整结构进行了分析研究,提出了手扶拖拉机驱动轮轮距实现无级调整的解决方案,并对驱动轮轮距调整改进方案进行了设计,为手扶拖拉机驱动轮轮距无级调整的设计提供了思路,实践证明效果十分有效,驱动轮轮距无级调整困难的老问题得以解决。     

适用于松软地面的可变形轮牵引特性分析

为解决常规地面车辆及传统车轮在水田、沙地等松软地面作业时存在的通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶的问题,设计了适用于松软地面的可变形轮。该车轮由变形机构、变形驱动机构和轮胎块组成,它能在有轮缘和无轮缘2种轮态间转换,实现步行和连续行走。基于Bekker模型的经典地面力学理论,分别建立了可变形轮步行及合拢状态时与3种典型松软土壤作用关系的力学简化模型,使用软件计算并对比分析了可变形轮2种工作轮态的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等随滑转率的变化关系及车轮接近角与沉陷量关系。计算结果表明车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等均受到车轮滑转率及软土特性参数的制约,其中挂钩牵引力和驱动力矩随车轮滑转率的增大而增大,步行轮的挂钩牵引力和驱动力矩最大为3990N和2395N·m,合拢轮最大为1435N和1390N·m。在车轮半径一定时,牵引效率随滑转率的增大表现为先剧增到最大后缓降至零。步行轮和合拢轮的最大牵引效率分别为0.53和0.19,对应的滑转率范围分别为0.1~0.2及0.2~0.3。可看出松软路面上可变形轮步行轮比合拢轮能产生更大的挂钩牵引力、驱动力矩、牵引效率和更小的沉陷量,更有利于提高车轮的软土牵引通过性。最后对可变形轮进行了样机试制,并安装在基于沉浮结合式工作原理设计的水陆两栖全地形车上进行相关牵引力测试试验。当滑转率大于0.52和0.44时,步行轮和合拢轮分别出现驱动力不足的现象,记录相应的6个数据。试验结果与计算结果相差不超过10%,证明计算结果的正确性及可变形轮在松软地面的适用性。     

怠速开空调方向盘异常抖动问题分析与优化

针对某车型样车在怠速开空调工况下方向盘存在异常抖动现象,首先通过试验的方法对该问题进行识别,然后通过进一步分析确定了问题原因为冷却风扇运转时引起方向盘共振、冷却风扇本体振动大以及传递路径隔振不足.为了消除方向盘异常抖动,提出了重新匹配风扇转速、控制风扇动不平衡量和优化散热器安装点隔振性能三项优化措施,并对样车进行试验和...     

基于狗獾爪趾的仿生深松铲振动减阻研究

为降低深松作业的耕作阻力,对基于狗獾爪趾的仿生深松铲进行了振动减阻性能的研究,将仿生减阻技术与振动减阻技术相结合,研究减阻效果。同时,在耕作速度为0.6、1.0m/s和耕作深度为250、300mm的条件下进行仿生深松铲的振动减阻试验。试验结果表明:振动式深松铲的耕作阻力随着耕作深度和耕作速度的不断增大而增大;在相同的试验条件下,仿生深松铲振动耕作方式的耕作阻力比未带振动耕作方式的耕作阻力减小1 3.0 5%~1 8.9 4%,减阻效果明显。     

免耕播种防滑地轮的设计与研究

地轮作为播种机排种装置的驱动机构,其滑移率的大小直接影响到播种精度。在免耕播种作业地表覆盖大量秸秆的情况下,地轮的滑移率不可避免。为此,设计了一种新型的地轮结构,采用啮合的方式来增加地轮机构的抓地力以减小打滑,并且还可以根据播种机工作状态的不同来调节啮合位置。通过在室内土槽进行试验对比,结果表明该地轮结构的滑移率优于其他地轮。     

以砂鱼蜥头部为原型的仿生深松铲尖设计与离散元仿真

为解决传统深松机具触土部件破土困难、耕作阻力大等问题,以砂鱼蜥头部为仿生原型,采用逆向工程技术对其特殊几何特征进行提取,将量化后的几何结构特征应用于深松铲尖的设计,以期减小深松铲作业阻力和能耗。依据不同特征曲面,设计了3种仿生铲尖试样,并与凿型铲尖试样进行性能对比。建立离散元模型,求解不同铲尖垂直贯入土壤阻力;制备试样,通过万能试验机进行土壤垂直贯入实测试验;将模拟结果和实测试验结果进行对比,结果表明离散元仿真分析和实测试验结果吻合较好,最大贯入阻力的相对误差为2.47%～3.91%。使用离散元法分析仿生铲尖和凿型铲尖（T-S）在土壤分层情况下的相互作用,证实仿生铲尖比凿型铲尖具有更低的所需牵引力,其中仿生铲尖B-S-2减阻效果最好,相对于凿型铲尖,其减阻率为8.34%～19.31%。离散元分析揭示砂鱼蜥头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲尖改变了土壤颗粒的流动方向,减小了铲尖上方土壤扰动范围,从而降低所需牵引力。在3种作业速度和3种耕作深度下对阻力的仿真结果与土槽试验结果进行对比,误差为10.83%～17.06%。