检索结果-内蒙古大学图书馆

东北大学学报（自然科学版） 2023年第10期44卷 1448-1454页

作者：郭俞良郭瑞唐陈伟姚红良东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

为了满足垂直管道检测的需求,设计了一种带外鳍振动驱动的机器人,并进行了运动机理研究.根据机器人的结构,考虑摩擦和冲击这两个非光滑非线性因素,建立了机器人系统的非光滑多体动力学模型.进行了机器人的频域和时域响应数值仿真分析,... 详细信息

为了满足垂直管道检测的需求,设计了一种带外鳍振动驱动的机器人,并进行了运动机理研究.根据机器人的结构,考虑摩擦和冲击这两个非光滑非线性因素,建立了机器人系统的非光滑多体动力学模型.进行了机器人的频域和时域响应数值仿真分析,并研究了不同负载质量参数对机器人的影响.开发了机器人样机,包括单片机、无线控制模块等.对机器人进行竖直管道爬行测试,在测试过程中给机器人增加了额外的质量来验证机器人的负载能力.试验结果验证了数值模拟结果的正确性,机器人的最大向上爬行速度为10.8 mm/s.

关键词：振动驱动非光滑系统振动冲击垂直爬行多体动力学

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振动驱动三连杆的多稳态分岔和实验

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力学季刊 2014年第4期35卷 541-547页

作者：颜粟徐鉴同济大学航空航天与力学学院上海200092

研究了欠驱动机械臂的多稳态行为与驱动频率之间的关系.机械臂被抽象为三根铰接质量杆的三连杆系统,并在基础端承受弱简谐振动驱动.通过拉格朗日方程建立质量三连杆动力学方程,利用多尺度法对建立的模型进行理论分析,得出三连杆多稳态... 详细信息

研究了欠驱动机械臂的多稳态行为与驱动频率之间的关系.机械臂被抽象为三根铰接质量杆的三连杆系统,并在基础端承受弱简谐振动驱动.通过拉格朗日方程建立质量三连杆动力学方程,利用多尺度法对建立的模型进行理论分析,得出三连杆多稳态响应的分岔图.通过数值仿真,得出不同频率下三连杆的多稳态.通过建立实验装置,观察了理论预测.实验结果验证了理论分析的正确性.实验和理论结果都表明,随着振动驱动频率的变化,系统会出现单稳态、双稳态、三稳态和四稳态运动.

关键词：振动驱动三连杆分岔多稳态实验欠驱动机械臂

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铁质壁面检测用振动驱动爬壁机器人的设计与实验

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 690-696,720页

作者：李建磊唐陈伟彭禧姚红良东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

研究并测试了一种能够在水平至竖直壁面上移动的振动驱动爬壁机器人样机,可开发用于铁质壁面结构视检等高危工作.设计了一种具有非对称刚度的弹性底板,以转子振动电机-弹簧作为致动器,基于库仑干摩擦模型,建立了振动驱动爬壁机器人的动... 详细信息

研究并测试了一种能够在水平至竖直壁面上移动的振动驱动爬壁机器人样机,可开发用于铁质壁面结构视检等高危工作.设计了一种具有非对称刚度的弹性底板,以转子振动电机-弹簧作为致动器,基于库仑干摩擦模型,建立了振动驱动爬壁机器人的动力学模型.通过数值仿真研究了机器人的爬壁运动特性,分析了致动器激振频率、壁面倾角和永磁铁吸引力对机器人平均速度的影响规律.对振动驱动爬壁机器人样机进行了壁面运动实验验证.结果表明,通过合理配置永磁铁吸引力和致动器激振频率能够有效提高该机器人的平均速度,并在30°壁面和90°壁面上分别实现了10.6 mm/s和16.7 mm/s的平均爬壁速度,通过调控激振频率可实现前进与后退运动的切换.

关键词：振动驱动机器人样机致动器爬壁检测

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振动驱动的颗粒气体速度分布规律及其非经典流体力学描述

振动驱动的颗粒气体速度分布规律及其非经典流体力学描述

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作者：陈延佩中国科学院大学

学位级别：博士

这篇论文主要通过实验和模拟研究了二维振动流化颗粒气体动力学。颗粒气体的一个主要特性是能量耗散，因此为了维持颗粒系统的稳态，需要不断的向系统注入能量以平衡能量的损耗。这样的系统提供了一个研究非线性、非平衡和耗散系统的研... 详细信息

这篇论文主要通过实验和模拟研究了二维振动流化颗粒气体动力学。颗粒气体的一个主要特性是能量耗散，因此为了维持颗粒系统的稳态，需要不断的向系统注入能量以平衡能量的损耗。这样的系统提供了一个研究非线性、非平衡和耗散系统的研究平台。这篇论文研究了颗粒气体的局域态特性，建立了一种新的振动流化颗粒气体模型。所采用的主要的研究方法包括，微重力及实验室变重力条件下的振动流化颗粒气体实验，以及事件驱动的分子动力学模拟研究。微重力的实验是在空客A300(～0g)中进行的。每次抛物线飞行可获得20秒的微重力环境，在微重力下，振动颗粒气体可以避免与底板的摩擦。我们发现在二维振动颗粒气体中存在长程的边界效应。除了在样品池的中心区域，速度的振动方向的组分的局域速度分布是不对称的。不对称的速度分布导致在振动方向的速度分量的正负两个组分不相等，这就导致了能均分定理的破缺。而且这种破缺是存在于整个样品池中的，不仅限于边界区域。这就导致单一“颗粒温度”的概念不能够描述整个颗粒系统的性质。我们提出使用一个双高斯分布的现象模型来描述振动方向速度分量的不对称性。使用这个模型来拟合空客实验的测量结果和事件驱动的分子动力学模拟的结果都吻合较好。\n 我们的模拟方法主要采用事件驱动分子动力学的模拟方法。模拟结果支持空客的实验结果。更进一步，我们发现这种长程的边界效应与系统的耗散有密切的关系。当减少颗粒的恢复系数的时候或者增加颗粒的数目的时候，这种边界效应就会变得明显。对于弹性的情况，即便有边界加热，也不存在这样的现象。这说明在颗粒系统中，由于颗粒的耗散性这种内秉特性使得这种边界效应不是短程的。\n 有实验室重力环境中，研究了在可旋转的倾斜板上的振动流化颗粒系统特性。将倾斜的角度从水平变化到垂直，这样就变换了每个颗粒所受的“有效重力”。所得的结果证实了不对称的局域速度分布。另外，数密度的空间分布也偏离了经典的指数形式，且向上运动或向下运动的颗粒的数密度也不相等。通过上述的微重力和变重力实验以及分子动力学模拟，我们对振动流化颗粒气体的局域速度分布的不对称性进行了研究，并提出了一个非经典的流体力学模型。结果证明了振动驱动的颗粒气体的复杂性，需要进一步考虑用有别于经典的分子气体以及经典流体的理论模型来加以描述。

关键词：颗粒气体微重力条件振动驱动局域态特性速度分布规律

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振动驱动单颗粒运动的统计力学

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西北师范大学学报（自然科学版） 2020年第3期56卷 37-42页

作者：王伟厚美瑛李成波张晟中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000 中国科学院大学物理学院北京100049 中国科学院物理研究所软物质重点实验室北京100190 安阳工学院数理学院河南安阳455000

振动驱动是颗粒体系最通用的激发方式之一,颗粒在振动驱动下表现出复杂的集合运动现象.单颗粒在振动驱动下运动行为的研究有助于对多颗粒集合行为的理解.本文研究了单个盘状颗粒在垂直驱动下一维水平运动的统计力学性质,通过将装有颗粒... 详细信息

振动驱动是颗粒体系最通用的激发方式之一,颗粒在振动驱动下表现出复杂的集合运动现象.单颗粒在振动驱动下运动行为的研究有助于对多颗粒集合行为的理解.本文研究了单个盘状颗粒在垂直驱动下一维水平运动的统计力学性质,通过将装有颗粒的实验仓固定在振动台上,在竖直方向提供固定频率和振幅的振动驱动条件,使用高速相机记录颗粒的运动状态,采用图像识别技术获得颗粒的位置及转角信息,分析得到平动位移和转动角度的统计分布都满足高斯分布,并且还测量了与时间相关的动力学性质,验证系统满足统计力学涨落-耗散关系,得到接近平衡态统计特性的实验条件.

关键词：颗粒物质振动驱动统计力学朗之万方程

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小内径管道检测用振动驱动机器人的设计与试验

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动力学与控制学报 2023年第1期21卷 89-96页

作者：郭瑞朱清东郭俞良姚红良东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

针对目前胶囊机器人普遍存在爬行速度慢、远程操控过程复杂的问题,开发了用于小内径管道检测的振动驱动机器人.基于非光滑多体动力学,建立了样机动力学特性的数学模型,在建模中考虑了摩擦和冲击两种非光滑非线性,数值分析了机器人的运... 详细信息

针对目前胶囊机器人普遍存在爬行速度慢、远程操控过程复杂的问题,开发了用于小内径管道检测的振动驱动机器人.基于非光滑多体动力学,建立了样机动力学特性的数学模型,在建模中考虑了摩擦和冲击两种非光滑非线性,数值分析了机器人的运动行为及参数影响.进行了机器人样机的研制,包含微控制器、无线控制模块等,并在透明亚克力管道中进行测试.机器人长50mm,直径28mm,可以达到7.5mm/s的最大前进速度和-3.5mm/s的最大后退速度.研究证明了该型振动驱动机器人进行小内径管道检测的可行性.

关键词：振动驱动冲击振动非光滑系统动力学建模

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振动驱动绒毛多足爬行机器人运动与控制研究

振动驱动绒毛多足爬行机器人运动与控制研究

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作者：石留余江苏大学

学位级别：硕士

工业机器人作为“工业4.0”九大支柱之一,目前还主要在结构化环境中进行作业,其灵活性、智能决策能力和环境适应性还未能达到人们的预期,因此亟需开展机器-环境融合的机器人研究。但时至今日,小型智能化的软体机器人开发仍面临诸多挑战... 详细信息

工业机器人作为“工业4.0”九大支柱之一,目前还主要在结构化环境中进行作业,其灵活性、智能决策能力和环境适应性还未能达到人们的预期,因此亟需开展机器-环境融合的机器人研究。但时至今日,小型智能化的软体机器人开发仍面临诸多挑战,尚未能广泛应用于现实环境。上世纪90年代开始,有关微型机械电子系统的研究日渐深入,才为小型软体机器人的设计与制作提供了可能。本文针对现有软体机器人结构复杂、功耗大、难以精确控制等缺点,设计并制作了基于振动驱动的绒毛多足爬行机器人,该机器人无传统刚性传动结构,振动传导快且能量损耗小,易于小型化。此外,它能适应各类常见的规则表面与一些复杂的非结构化表面,表现出了极强的环境适应性。针对该类型的绒毛爬行机器人,本文从理论分析、运动仿真模拟以及样机测试等方面,探究了该机器人的运动机理以及绒毛足部上几何结构参数对机器人运动效果的影响,并通过有限元软件分析了一些实验中难以控制的因素对机器人运动效果的影响。最后,通过样机实验则是测试了爬行机器人的各项性能参数以及环境适应性。具体研究内容如下:首先,本文结合振动驱动理论与草穗的外部形状结构,提出了外置振动驱动绒毛多足爬行机器人的设计理念。通过仿照草穗外形结构特征,建立了外置振动驱动机器人的三维模型,并在ABAQUS软件中对其运动过程进行了动力学仿真分析,输出了机器人单周期的运动过程及外置振动场的驱动频率、激振力幅值对机器人移动速度的影响。其次,在外置振动驱动可行的基础上,提出了内置振动源式爬行机器人在有线与无线模式下的总体设计思路、制作方法、控制方案与样机测试。通过装备不同几何特征的绒毛足部,研究了机器人的绒毛材质、刚度、倾斜角度、驱动频率等因素对移动速度、运动状态和环境适应性的影响,归纳总结了影响振动驱动绒毛爬行机器人性能的各项因素,并基于所得规律对设计的机器人进行了优化改进,使其各方面的性能更为均衡。这些工作都将为今后振动驱动式软体机器人的研究提供理论依据与设计参考。最后,本文实现了该爬行机器人的小型集成化与无线缆化,并通过单组执行器实现了机器人移动速度的调节与运动方向的控制。以柔性绒毛结构为足部,在保证机器人高速机动的前提下,提高了机爬行器人在刚性平面、陡坡、多坑洞、软海绵、管道等复杂形态表面的自适应能力。此外,机器人可携带摄像头、传感器等装置进行探索类活动,拓宽了小型软体机器人在非结构化表面的潜在工程应用。

关键词：振动驱动柔性驱动足爬行机器人仿真分析非结构化表面

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小型电磁振动驱动器的设计与参数匹配分析

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机械科学与技术 2018年第7期37卷 1022-1026页

作者：王二虎丁旺才李国芳郭建宏兰州交通大学机电工程学院兰州730070

构建了一类基于音圈直线电机的振动驱动机械系统,其振动驱动器是一个分段线性系统,整体构成一个非光滑动力系统,根据不同运动状态建立了系统的碰撞振动方程。基于非光滑动力学的理论对系统周期运动与参数间的分布规律进行研究,并分析了... 详细信息

构建了一类基于音圈直线电机的振动驱动机械系统,其振动驱动器是一个分段线性系统,整体构成一个非光滑动力系统,根据不同运动状态建立了系统的碰撞振动方程。基于非光滑动力学的理论对系统周期运动与参数间的分布规律进行研究,并分析了系统平均驱动速度与对应系统参数域(电流频率、幅值和质量比)之间的匹配规律。通过数值模拟表明:当系统运动为周期1/1运动,并且具有较大的冲击速度时,系统的平均驱动速度达到最大值。电流幅值对平均驱动速度的大小有较大影响,对频率带分布没有影响;间隙对系统平均驱动速度大小及频率带分布的影响较小;质量比对平均驱动速度的大小及其频率带分布的影响较为显著。

关键词：振动驱动非光滑频率带驱动速度

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在具有褶皱的小肠内壁中振动驱动型胶囊机器人的动力学建模与分析

在具有褶皱的小肠内壁中振动驱动型胶囊机器人的动力学建模与分析

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作者：张宝权电子科技大学

学位级别：硕士

自推进胶囊机器人在胃肠检测领域应用前景广泛,尤其在胃部检查中,目前市面上已经出现了能代替胃镜进入胃部的胶囊内镜。但与胃中的凸起不同,小肠内丰富的环状褶皱是永久性的,在肠道蠕动时不会消失。毫无疑问,这样的褶皱会提供很大一部... 详细信息

自推进胶囊机器人在胃肠检测领域应用前景广泛,尤其在胃部检查中,目前市面上已经出现了能代替胃镜进入胃部的胶囊内镜。但与胃中的凸起不同,小肠内丰富的环状褶皱是永久性的,在肠道蠕动时不会消失。毫无疑问,这样的褶皱会提供很大一部分阻力来阻止胶囊的运动,是自推进胶囊在小肠中行进的主要障碍。然而许多的相关研究并未将该问题纳入考虑。为此,本文提出并验证了一个新的阻力模型,该模型在胶囊翻越过褶皱的整个过程中都适用。此模型能够计算在不同尺寸褶皱下所反馈的胶囊阻力。结果表明,在胶囊刚一碰到褶皱时,阻力会立即达到最大值,并在翻越过程中逐渐下降。除此之外,对单一参数变量的影响以及最大阻力的变化情况也都做了讨论。随后,本文研究了以振动来驱动胶囊在肠道组织上移动的动力学,驱动方式包括方波和正弦驱动。在方波驱动下,基于数值模拟和分岔分析发现,当驱动力较小时,胶囊的运动总是周期一的;而翻越褶皱则需要较大的激励幅值,尤其是当占空比较小时。相比之下,驱动周期对胶囊翻越的影响不大。但内部质量块的质量、胶囊质量、摩擦系数和褶皱高度对胶囊翻越所需的驱动力存在很大影响。同时,组织的杨氏模量是决定非线性胶囊动力学分岔模式的关键因素,更硬的组织会导致3个不同的吸引子共存。而胶囊的长度和弹簧的刚度则影响不大。而将驱动方式改为正弦激励后,为了加快计算效率,采用了多项式近似的方法来代替复杂的阻力积分。与方波激励类似,也做了胶囊在三种频率驱动力作用下的仿真及分岔分析。在结果中发现,驱动力的频率和振幅对胶囊的响应和运动有至关重要的作用。由于正弦信号本身的特性,受此驱动力激励的胶囊,其运动方式会更多样,包括:远离褶皱后退、向前推进被褶皱阻挡、向前推进翻越褶皱并继续前进、向前推进翻越褶皱后反向运动被其阻挡,共计四种。值得一提的是,褶皱的几何形状对分岔模式没有显著影响,但有无褶皱会明显改变胶囊的运动情况。总体而言,本文针对自推进胶囊机器人在小肠中行进这一场景,提出并验证了一个适用胶囊翻越褶皱的整个过程阻力模型。同时利用该模型研究了包括方波和正弦两种驱动方式在内的振动胶囊在肠道组织上移动的动力学机制,并通过仿真及分析得到了一系列结果。在实际应用中,最优的驱动方式应是二者的有机结合。

关键词：小肠褶皱胶囊机器人阻力模型振动驱动分岔分析

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基于飞秒激光制备振动驱动液滴运输的沟槽阵列表面的研究

基于飞秒激光制备振动驱动液滴运输的沟槽阵列表面的研究

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作者：赵坤安徽大学

学位级别：硕士

人们通过研究自然界中具有特殊结构和功能的表面,制备了各种新型的润湿性材料表面用于社会生活中的许多方面。具有超疏水微纳米结构表面的智能电子产品因为其优异的疏水表面可以有效地保护电子产品免受水、酸、碱、盐溶液和汗水的腐蚀,... 详细信息

人们通过研究自然界中具有特殊结构和功能的表面,制备了各种新型的润湿性材料表面用于社会生活中的许多方面。具有超疏水微纳米结构表面的智能电子产品因为其优异的疏水表面可以有效地保护电子产品免受水、酸、碱、盐溶液和汗水的腐蚀,同时超疏水表面也可以进行液滴操作和液滴运动的智能控制,因此对具有特殊润湿性功能的结构表面需要开展进一步的研究。本文以飞秒激光加工为基础,结合垂直和水平方向的振动驱动,设计了光滑直沟槽圆弧阵列(SSGAA)和光滑倾斜沟槽直线阵列(SIGLA)并实现了多种复杂液滴的运输。首先,分析了飞秒激光系统的主要构成部分;设计并制备了具有多种参数的微纳结构;在此基础上,制备了光滑直沟槽圆弧阵列(SSGAA)和光滑倾斜沟槽直线阵列(SIGLA)实现液滴运输并测试其相关性能。本文具体内容如下: (1)首先综述了特殊润湿性材料在电子信息技术领域的研究进展,分析了具有特殊润湿性材料的电子设备的特殊性能及其应用,以及液滴操纵领域的研究进展,再介绍了润湿性的相关性概念,最后提出本文的主要内容。 (2)然后引入了飞秒激光加工系统及其各个部件,系统主要包含飞秒激光系统、高速扫描系统和软件控制系统。然后研究了飞秒激光直接写入技术参数(扫描次数、激光功率、扫描速度)对材料结构形貌的影响以及飞秒激光倾斜烧蚀技术参数(Step1、Step2、n、激光功率、扫描速度)对材料结构形貌的影响。 (3)之后利用飞秒激光直接写入技术和SLIPS技术加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面制备了光滑直沟槽圆弧阵列(SSGAA)。并在垂直振动条件下创新性的实现了葡萄糖生理盐水等液滴在SSGAA表面运输。分析了液滴在垂直振动条件下单向运输的机制来源于不对称阻力,进一步通过实验验证SSGAA上确实存在各向异性的阻力,对SSGAA的运输性能也进行了测试。最后,基于垂直振动的SSGAA上的液滴的化学反应和检测展示了其潜在应用的可能性。 (4)最后利用飞秒激光倾斜烧蚀(FLOA)和润滑剂注入制造了光滑倾斜沟槽直线阵列(SIGLA)。并在水平振动条件下创新性的实现了大体积液滴和高速度液滴在SIGLA表面运输。对SIGLA实现液滴运输的机制进行了分析,进一步通过SIGLA上液滴的滑动角和滑动阻力证明了SIGLA上确实存在各向异性的阻力。然后对SIGLA的运输性能也进行了测试。最后设计图案化输送和液滴反应及检测为生物医学管和输液治疗等领域提供一种新的解决方案。本文提出的光滑直沟槽圆弧阵列(SSGAA)和光滑倾斜沟槽直线阵列(SIGLA)在振动条件下可驱动多种液滴的运输,具有重要的实践价值,为生物化学液滴操纵等微流控领域及传感器表面材料需求提供了新的解决方案。

关键词：飞秒激光光滑沟槽振动驱动液滴操纵液滴反应及检测

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