永磁变刚度机构柔性机器人力学特性研究

提出了一种柔性机器人用永磁变刚度机构。由于电动机转矩有限,在不用增加绳索拉力的情况下,通过该机构实现了柔性机器人关节更强的变刚度能力。该永磁变刚度机构主要由磁弹簧单元和滑轮绳索单元构成。通过虚位移法建立了弹簧磁力和绳索拉力解析模型,通过实验对永磁体间磁力和绳索上的拉力进行测量,测量结果和模型计算结果基本吻合。其结果表明,永磁体间磁力、绳索拉力和刚度随永磁体间气隙减小呈非线性增加,随永磁体长度和平均半径的增加而增加,保持三角形结构高不变,绳索拉力和刚度随着三角形结构底长的增加而增加,减小滑轮半径,可以进一步增加绳索刚度变化范围。     

仿生变刚度关节设计与试验

变刚度关节是一种具有本质柔顺性的机器人机构,能够提高机器人与人交互作用时的安全性。本文设计了一种采用弹簧片的机械式仿生变刚度关节,利用差动轮系实现关节位置与刚度的独立控制。基于弹簧片大挠度变形,在关节中采用的2种弹簧片末端施力结构对刚度特性的影响进行分析,仿真结果表明,末端施力结构对偏转时的刚度变化有较大影响。对变刚度关节样机的刚度性能进行试验,试验结果与仿真结果一致,表明该关节具有较大的刚度变化范围,并且2种末端施力结构可以分别满足持续高刚度和碰撞安全性的应用要求。     

基于磁通叠加原理的变刚度关节设计与特性研究

基于磁通叠加原理,提出了一种机器人变刚度关节,在减少了关节质量的同时增加了关节刚度的调整速度和运动范围。阐述了通过电信号直接调整永磁-电磁混合式变刚度装置中磁通量,实现刚度改变的工作原理,并以此原理设计关节整体机构。根据磁通连续性原理和虚位移法建立了关节刚度模型,并给出关节刚度随电流和关节位置的变化关系。以变刚度关节刚度模型为基础,设计了变刚度关节位置与刚度协调控制器,搭建了变刚度关节的原理样机。实验结果表明,基于磁通叠加原理的变刚度机器人关节可以实现关节刚度的快速调节,关节的位置和轨迹跟踪精度随着刚度的增加而增加,随着频率的增加而降低。     

钢板弹簧刚度修正系数的取值分析

钢板弹簧的刚度是悬架设计最重要的性能参数,它直接关系到整车的承载能力及平顺性能.在钢板弹簧的刚度计算中,需要采用刚度修正系数ζ进行刚度修正,以保证理论计算刚度与实际刚度相符.文章分析了刚度修正系数产生的原因及影响,再通过钢板弹簧理论计算刚度值与试验实测刚度值的对比,对钢板弹簧的刚度修正系数ζ的取值进行分析,提出如下建议...     

永磁压缩弹簧式溢流阀的设计与试验研究

针对螺旋压缩弹簧在液压元件使用过程中的疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、松弛、塑性变形、永久变形等失效模式,提出了非接触式永磁压缩弹簧式液压阀的设计理念,对永磁压缩弹簧式溢流阀的基本结构、工作原理、电磁力、刚度特性进行了研究,通过解析法和试验验证法对永磁压缩弹簧进行了设计,充分利用磁场力优于螺旋压缩机械弹簧的特性段,设计出了永磁压缩弹簧式溢流阀,并对设计出的溢流阀进行了试验验证.结果表明,当永磁阀芯与永磁底座之间的间隙为0.4～1.2 mm时,磁场力保持70±5 N基本不变;在溢流阀的阶跃响应试验中,永磁压缩弹簧式溢流阀的压力波动比为11.7%,小于螺旋压缩机械弹簧式溢流阀压力波动比22.8%;在相同技术指标的条件下,永磁压缩弹簧式溢流阀的体积较螺旋压缩弹簧式溢流阀小37.5%.因此,可以充分利用永磁压缩弹簧的优势在液压阀设计方面进行深入研究.     

力调节弹簧刚度的一种确定方法

以实测信号为依据，通过幅值域分析，探讨了拖拉机液压系统力调节弹簧刚度的概率设计方法。并以东方红40拖拉机带1L－230犁为机组验证了方法的可行性。     

混合阻塞变刚度软手指设计与实验

为了解决单一阻塞介质变刚度软机械手抓取复杂外形物体效果不佳的问题,受人体手指结构启发,设计了一种仿指腹结构的混合阻塞变刚度软手指。将其设计为双层结构,外层为气动驱动器,内层为基于主动层干扰与被动颗粒阻塞的混合阻塞变刚度层,使得软手指自动贴合被抓取对象,实现主动驱动的被动适应,并通过调整刚度实现可靠抓取。基于传统缝纫工艺,采用超弹性硅胶材料制造软手指。采用Euler-Bernoulli梁理论和虚功原理,建立了基于悬臂梁结构下的多材料软手指的刚度控制模型,并据此提出增大整体刚度的材料筛选方法。弯曲特性实验表明软手指的弯曲性能优异。变刚度和抓取实验结果表明,混合阻塞软手指刚度增大4.6倍,建立的刚度模型最大相对误差为3.4%;在抓取对象表面粗糙度增大的条件下,软手指拉脱力仍增大17%,达到1.7N;相较于单阻塞介质软手指,抓取成功率和承载能力均得到显著提高。     

基于螺旋理论的可变刚度机械臂关节研究

为提高手术器械的姿态调整能力,以更好地适应手术环境的需求,提出一种新的可变刚度机械臂关节,该关节通过自身结构的改变来实现变刚度.基于旋量理论,通过线性相关性来研究关节的可动性,并进行ADAMS运动学仿真和3D打印模型实验,最终确定该关节的可实施性.     

基于ADAMS的双横臂扭杆弹簧独立悬架线刚度计算

运用空间机构运动学方法建立某皮卡车双横臂扭杆弹簧独立悬架的数学模型,根据力学分析给出其垂直线刚度的计算方法。同时还应用ADAMS软件建立同种悬架的多体动力学模型,对双横臂扭杆弹簧独立悬架垂直线刚度随车轮上下摆动的变化进行动态仿真分析。采用两种方法计算、仿真结果的一致性表明这两种方法都是分析双横臂扭杆弹簧悬架垂直线刚度行之有效的方法,也说明了文中所建的模型和提出的计算方法都是正确的。     

基于侧向变刚度的轮胎多边形磨损机理分析

考虑轮胎接地摩擦的非线性特性,建立了基于侧向变刚度的轮胎多边形磨损模型,并对系统的稳定性进行了分析,指出轮胎的自激振动是一种由系统Hopf分岔引起的稳定周期振动现象,通过数值仿真得到了引起胎面自激振动的车速和车轮前束角范围.结果表明:轮胎多边形磨损为一种典型的非线性自激振动现象,其发生与胎面的侧向振动有关,磨损边数近似等于胎面的侧向振动频率与车轮转动频率之比.所建模型能够很好地解释轮胎多边形磨损的形成机理.     

基于扩展电压矢量的永磁同步电机预测控制

针对传统的直接转矩控制方法中存在的电机转矩和定子磁链脉动大的问题,提出基于扩展电压矢量的永磁同步电机转矩预测控制,通过扩展有限控制集中备选电压矢量的个数,采用两步预测得到最优电压矢量,降低电机稳态转矩波动,减少逆变器开关损耗.与传统的直接转矩控制和模型预测控制进行比较,结果表明,所提出的策略有效降低了电机转矩和定子磁链...     

基于电动汽车的无刷直流电机控制系统建模与仿真

根据无刷直流电机的数学模型和运行原理,通过MATLAB软件的SIMULINK和PSB模块,搭建了电机及整个控制系统的仿真模型。结果表明:该模型的仿真结果与理论分析基本吻合,为系统的设计和调试提供了重要的参考价值。     

基于损耗模型的永磁同步电机高效控制参数敏感性分析

针对分析参数变化对电机损耗效率的影响建立了永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)损耗模型,推导出电机损耗最小的最优定子电流。然后,分析铁损电阻、铜损电阻以及磁链变化对损耗精度的影响。结果表明,当铁损电阻变为原来的1.2倍时,总损耗效率增加1.0%;当铜损电阻变为原来1.5倍时,总损耗效率下降28%;当磁链变为原来的1.4倍时,总损耗效率下降1.4%。通过电机损耗的参数敏感性分析,为基于模型的电机高效率控制提供了重要参考。     

基于ANSYS的永磁电机转子冲片结构的优化设计

运用ANSYS的优化设计模块对永磁电机转子冲片隔磁桥附近的结构进行优化设计,采用APDL参数化设计通过拓扑形状优化功能确定冲片优化的初始区域,在此基础上运用尺寸优化功能确定最优的形状尺寸参数,最终结合工程化要求确定转子冲片的施工结构尺寸。电机最后通过最高转速试验表明文章运用的结构优化设计方法切实可行,满足工程化生产要求。     

基于改进布谷鸟搜索的轴向永磁联轴器模糊优化设计

研究了轴向永磁联轴器的结构优化设计。首先根据层模型理论,以轴向永磁联轴器的关键结构参数(气隙长度、铜盘厚度等)为设计变量,以成本最低、输出转矩最大以及涡流损耗最小3个性能为多优化目标,建立了轴向永磁联轴器的数学优化模型;其次是将混沌搜索和自校正权重引入到布谷鸟搜索方法中,提出了一种改进的布谷鸟搜索方法;然后,利用模糊理论将多目标优化问题转换为单目标问题,并运用改进布谷鸟搜索算法优化求解;最后,对结构参数优化后的轴向永磁联轴器性能进行了ANSYS仿真,而且制作样机并进行了试验测试。仿真和试验结果表明:提出的优化结果优于遗传算法和粒子群优化等方法,与标准模型相比,成本降低了9%,转矩提高了15%,涡流损耗减少了10%。     

永磁直驱风力发电系统及变流器控制措施

在能源紧缺的社会背景下,开发风力发电受到广泛重视.在风力发电系统中,永磁直驱风力发电系统是当前风力发电装备的最佳选择,该系统具有发电稳定安全、风力利用高、发电效率高、控制操作便捷等特点与优势.永磁直驱风力发电系统变流器的控制方式有网侧变流器控制和机侧变流器控制,这两者的控制功能具有一定的区别.     

电动拖拉机永磁电机模糊滑模无传感器控制研究

永磁电机闭环控制需要准确的转子位置信息,而传统的机械传感器在农业生产等恶劣工况下的可靠性难以保证。为了提高系统可靠性,对无传感器控制方法进行了研究。在传统基于滑模观测器的无传感器控制中,系统抖振和稳定性差的问题严重影响了无传感器运行的控制效果。为此,本文提出了一种基于模糊滑模观测器和模糊锁相环的无传感器控制方法,有效地解决了这一问题。首先,利用模糊控制器对滑模观测器和锁相环的控制参数进行处理,并根据电机的实际工况实时调整这些参数,提高了系统鲁棒性。其次,采用递归最小二乘自适应线性谐波提取器对反电动势的高谐波分量进行有效滤波,避免了高频分量对观测结果的影响。实验结果表明,所提出的控制方法提高了对转速和转子位置的估计精度。     

永磁带轮式金属带传动原理及力学模型

永磁带轮式金属带传动是依靠安装在带轮上的稀土永磁体产生磁场以吸引金属带,并大幅度地提高金属带与磁力带轮间的摩擦力而传递运动和动力的,介绍了永磁带轮式金属带传动的结构及工作原理;建立了永磁带轮式金属带传动的力学模型;并对影响其传动特性的主要因素进行了分析.