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大推力推挽纵振弯纵复合直线超声电机

中国电机工程学报 2010年第9期30卷 55-61页

作者：石胜君陈维山刘军考谢涛哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江省哈尔滨市150001

提出一种大功率夹心式纵弯复合直线超声电机。电机定子主体结构由2个小端相连的指数形变幅杆组成,并在连接处设有驱动足。纵弯振动叠加并在驱动足处产生具有驱动作用的椭圆轨迹。在经典变幅杆理论和变幅杆弯振的传递矩阵分析法的基础上... 详细信息

提出一种大功率夹心式纵弯复合直线超声电机。电机定子主体结构由2个小端相连的指数形变幅杆组成,并在连接处设有驱动足。纵弯振动叠加并在驱动足处产生具有驱动作用的椭圆轨迹。在经典变幅杆理论和变幅杆弯振的传递矩阵分析法的基础上,利用有限差分法,分析各结构参数变化对纵弯谐振频率变化的灵敏度,选取敏感度最大的参数作为设计变量,将电机的纵弯频率简并至27.476kHz。有限元仿真和阻抗特性测试结果与理论计算结果吻合。讨论分析了纵弯振动间的耦合作用并提出带耦合环节的等效电路模型拓扑结构,并利用单相驱动实验验证模型的正确性。电机样机的最大速度为1280mm/s,最大推力为45N。

关键词：超声电机灵敏度分析有限元法耦合效应

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纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机

中国电机工程学报 2009年第18期29卷 83-88页

作者：刘英想刘军考陈维山石胜君机器人与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 黑龙江省哈尔滨市150001

提出一种纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机,该电机定子组件由定子圆筒和4个纵振夹心换能器组成,变幅杆和圆筒采用一整块硬铝合金加工而成。利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出纵向振动,实现两组换能器在定子圆筒上激励出... 详细信息

提出一种纵振夹心换能器式圆筒型行波超声电机,该电机定子组件由定子圆筒和4个纵振夹心换能器组成,变幅杆和圆筒采用一整块硬铝合金加工而成。利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出纵向振动,实现两组换能器在定子圆筒上激励出2个幅值相等、在时间和空间上均相差π/2的弯振模态响应,2个弯振模态响应叠加在定子圆筒上形成弯曲振动行波,定子齿表面质点产生椭圆运动轨迹,进而通过和转子之间的摩擦耦合实现宏观运动输出。运用有限元法设计了定子圆筒和纵振夹心换能器,并实现了频率简并。测量结果表明,样机的最大转速为110r/min,堵转力矩为0.5N.m。

关键词：行波超声电机圆筒型纵振换能器变幅杆有限元法

尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响

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机械工程学报 2011年第3期47卷 1-7页

作者：陈维山夏丹刘军考石胜君哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人自主游动的数值模拟研究中,以鱼体静止为初始条件,通过检验游动过程中的作用力动态修正游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,研究尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响,揭示其推... 详细信息

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人自主游动的数值模拟研究中,以鱼体静止为初始条件,通过检验游动过程中的作用力动态修正游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,研究尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响,揭示其推进机理和流场结构。计算结果表明,改变尾鳍运动的相位差和最大击水角度,采用速度收敛算法可以有效地预测仿鱼机器人的稳态游动速度,进而获得尾鳍运动行为与稳态游动的推进力、功率消耗和推进效率的映射关系,三维流场结构清晰地反映了尾鳍运动行为对尾迹结构、尾迹强度的影响机制。研究结果对于预测仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响机制,设计仿鱼机器人的运动参数具有重要意义。

关键词：仿鱼机器人尾鳍运动行为稳态游动性能

鲹科和鲔科仿鱼机器人自主游动机理的分析与比较

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机械工程学报 2010年第23期46卷 1-7,15页

作者：陈维山夏丹刘军考石胜君哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

采用计算流体力学方法对自主游动的仿鱼机器人进行数值模拟,给定相同的物理模型,将鱼体分别按照鲹科模式和鲔科模式运动学进行游动,提取两种模式的力能学和流场结构信息。通过比较二者的收敛速度、推进力和侧向力、功率消耗和推进效率... 详细信息

采用计算流体力学方法对自主游动的仿鱼机器人进行数值模拟,给定相同的物理模型,将鱼体分别按照鲹科模式和鲔科模式运动学进行游动,提取两种模式的力能学和流场结构信息。通过比较二者的收敛速度、推进力和侧向力、功率消耗和推进效率、流场结构的差异,归纳出提高仿鱼机器人游动性能的影响因素。结果表明,鲹科模式中的'波动鱼尾'和鲔科模式中的'摆动鱼尾'在自主游动中起到了极为可观的作用;鲹科模式具有良好的综合游动性能,只有在合理的参数范围内,鲔科模式的游动性能才会较鲹科更为占优;对于鲔科模式而言,欲获得理想的收敛速度和推进效率,应优先选择合理的最大击水角度,再依据快速和高效的不同目标适当调整相位差。研究结果对于理解鲹科和鲔科仿鱼机器人的自主游动机理、开发新型仿鱼机器人具有重要意义。

关键词：仿鱼机器人鲹科模式鲔科模式运动学力能学

基于BP神经网络的被动步行稳定不动点的估算

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机器人 2010年第4期32卷 478-483页

作者：倪修华陈维山刘军考石胜君哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

建立了被动步行机器人的动力学模型.使用BP神经网络对被动步行稳定不动点进行估算,并将估算值作为Newton-Raphson迭代的初值来求解稳定不动点.该方法解决了以往利用非最简模型求解不动点时,由于初值选取不当所造成的搜索成功率低以及搜... 详细信息

建立了被动步行机器人的动力学模型.使用BP神经网络对被动步行稳定不动点进行估算,并将估算值作为Newton-Raphson迭代的初值来求解稳定不动点.该方法解决了以往利用非最简模型求解不动点时,由于初值选取不当所造成的搜索成功率低以及搜索时间长的问题.在获取训练样本时,参数变化较小时不动点的变化很小;利用这一特点,在计算相邻两个样本的不动点时,只使一个参数发生较小的变化,并将本次使用Newton-Raphson迭代搜索得到的稳定不动点作为搜索下一样本不动点时的初值.使用1000组随机产生的参数对所得神经网络进行测试,结果表明该方法可以大幅提高稳定不动点的搜索成功率,大幅缩短搜索时间.

关键词：被动步行不动点 BP神经网络

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一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人

中南大学学报（自然科学版） 2011年第4期42卷 1028-1034页

作者：倪修华陈维山刘军考石胜君哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂,并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析,从人类步行的生物力学研究得到启发,提出一种半被动双足步行机器人的控制方法,并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响。在... 详细信息

针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂,并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析,从人类步行的生物力学研究得到启发,提出一种半被动双足步行机器人的控制方法,并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响。在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩,作为动力输入。采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性,采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率。以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标,通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度3个参数对机器人性能的影响。由于力矩在1个步行周期中没有做负功,该机器人具有与人类步行相似的高能量效率。该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行。

关键词：半被动步行机器人稳定性效率速度

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具有模态解耦构型的纵弯直线超声电机

西安交通大学学报 2010年第8期44卷 101-105页

作者：石胜君姚郁陈维山刘军考哈尔滨工业大学机电学院哈尔滨150001

为减小纵弯直线超声电机的模态间耦合效应,提高电机的控制性能和效率,研制了一种新构型的模态解耦型超声电机.该电机采用兰杰文换能器结构,压电陶瓷布置模式为:纵振压电陶瓷置于电机中部,弯振压电陶瓷置于电机纵弯振型的波腹处.利用有... 详细信息

为减小纵弯直线超声电机的模态间耦合效应,提高电机的控制性能和效率,研制了一种新构型的模态解耦型超声电机.该电机采用兰杰文换能器结构,压电陶瓷布置模式为:纵振压电陶瓷置于电机中部,弯振压电陶瓷置于电机纵弯振型的波腹处.利用有限元模态分析方法,通过调整结构参数对电机纵弯固有频率进行调谐使其趋于一致.对样机的阻抗特性分析和多普勒激光测振结果显示:纵弯模态间耦合程度明显降低,其典型机械输出特性中最大速度为920mm/s,最大推力为45N,指标优于在基本尺寸和激励条件相近前提下的非解耦构型的480mm/s和25N.

关键词：超声电机压电陶瓷耦合效应兰杰文换能器

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纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

振动与冲击 2009年第7期28卷 105-110页

作者：陈维山郝铭赵学涛陈思石胜君哈尔滨工业大学机电学院哈尔滨150001 山东理工大学机械工程学院淄博255049

目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了... 详细信息

目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。

关键词：超声电机纵弯复合换能器多自由度驱动轨迹分析

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航天控制力矩陀螺的润滑系统研究

航空动力学报 2011年第1期26卷 228-233页

作者：盛明伟陈维山刘军考石胜君哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

为了提高航天器控制力矩陀螺的使用寿命,提出一种可按需喷油润滑的润滑系统.润滑系统由储油器和基于按需喷墨(DOD)打印技术的压电润滑装置组成.为了解决润滑油液滴喷射过程中在液气两相流体界间连续拓扑变化问题,采用流体体积算法中的... 详细信息

为了提高航天器控制力矩陀螺的使用寿命,提出一种可按需喷油润滑的润滑系统.润滑系统由储油器和基于按需喷墨(DOD)打印技术的压电润滑装置组成.为了解决润滑油液滴喷射过程中在液气两相流体界间连续拓扑变化问题,采用流体体积算法中的分段线性界面构造技术分析两相界面间的运动.基于两相流体积算法,利用计算机仿真方法对润滑油液滴喷射过程进行有限元分析.重点对不同喷孔形状和空间温度变化对润滑油微喷过程的影响情况进行了分析.实验结果表明,喷孔直径越大,产生液滴越困难;空间温度变化对润滑油液滴的速度有影响,但对液滴形成时间影响却很小.

关键词：控制力矩陀螺润滑系统两相流体积算法喷射过程空间温度