基于液压驱动的仿生推进器设计及运动学分析_1000001504615311

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仿生液压四足机器人电液伺服控制系统的设计与研究共3篇

仿生液压四足机器人电液伺服控制系统的设计与研究共3篇仿生液压四足机器人电液伺服控制系统的设计与研究1仿生液压四足机器人电液伺服控制系统的设计与研究随着科学技术的不断发展，仿生机器人技术越来越成熟，已经被广泛应用于工业自动化和医疗领域。

仿生液压四足机器人是一种非常先进的仿生机器人，它可以在各种恶劣的环境下进行机械装卸、军事侦察、救援救灾等工作。

在众多的机器人种类中，液压四足机器人具有结构简单、运动灵活、负载能力强、自适应性好等优点，广泛应用于军事、救援、能源、建筑、农业等领域。

本文介绍了仿生液压四足机器人的电液伺服控制系统设计和研究。

液压四足机器人的动力往往来自于液压系统，因此电液伺服控制系统是液压四足机器人运动控制的核心。

电液伺服控制系统是指将电信号转换为液压信号的系统，实现液压泵、阀门、执行器等的精确控制。

在液压四足机器人中，电液伺服控制系统的性能直接影响其运动控制精度和稳定性，因此设计一套高性能、高精度的电液伺服控制系统具有重要的意义。

电液伺服控制系统的设计过程需要考虑技术参数、系统结构、硬件设计、软件设计四个方面。

技术参数是指液压系统中传感器、执行器、电机等各个组成部分的规格参数。

在该机器人的设计过程中，需要根据机器人运动的需求和工作环境，综合设计机器人的各项技术参数。

其中，执行器的大小、电机的功率、传感器的灵敏度都需要精确计算和匹配，以保证机器人运动控制的稳定性和精度。

系统结构是指电液伺服控制系统中各个组成部分的排布方式，包括电液伺服控制器、液压泵、阀门、执行器、传感器等。

在设计中，需要考虑系统结构的简洁性、紧凑性、功耗等因素，以便于整机的使用和维护。

硬件设计包括电路设计和机械结构设计。

机械结构设计需要考虑机器人的形状、尺寸和材料等，以便于机器人的运动和受载能力。

电路设计则需要根据机器人的应用环境和技术参数，设计控制器、传感器、执行器等电路电子元器件。

软件设计包括程序设计和算法设计。

程序设计是指通过编写程序来实现机器人各种功能的控制，算法设计则是指通过算法来实现机器人的各种自适应控制功能。

液压驱动仿生推进器运动特性的数值仿真

ｒｍｅｅｓｉｉｃｓｅｂｉｇｔｉｅｔｒＡｓｍｕａｉｎａｔｒｓｄｓｕｓｄｙｕｓｎｈｅｋｎｔｃｄｌｆｔｙｒｕｉ．ｒｖｎｂｉｎｃｔｒｓｅ．ｉｌｔｏ
ｗｈｃｒｆｅｔｄｂｉｔｕｃｕｅｎｖａａｔｒ．Ｔｏｐｉｅａｉｎｈｐａｎｈｅｗａｅｐ — ｉｈａｅａｆｃｅｙｔｓｒｔｒａｄｗａｅｐｒｍｅｅｓｓｈｅｃｕｌｎｇｒｌｔｓｉｍｏｇｔｖａｏ
ｐｒｍｅｅｓｏｅｕｕａｅｆａａｔｒｆｔｎｄｌｔｉｈｎ，ａｄｔｅｔｏｏａｏｄｃｕｐｉｆｅｔｍｏｇｗａｅｐｒｍｅｅｓｉｉ — ｎｈｎａｍｅｈｄｔｖｉｏｌｎｇｅｃｓａｎｖａａｔｒｓｇｖ
数的影响。在Ｍａｌｂ软件中，建了仿生推进器液压系统的运动仿真模型，究了液压系统参数ｔａ搭研
对多个波动鳍波形参数之闻关联影响，出了消除波形参数关联变化的补偿方法。研究了仿生推提
（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙４０７）１０３
摘要：奇鳍／鳍（Ｆ模式的波动鳍有着许多出众的优点，推进性能受自身结构及波形变对ＭＰ）其
化规律的影响较大。根据液压驱动的仿生推进器运动学模型，从理论上分析了液压参数对波形参

一种仿生泵喷推进器[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810003394.4(22)申请日 2018.01.03(71)申请人上海海事大学地址 201306 上海市浦东新区临港新城海港大道1550号(72)发明人孙瑜　郭佳民　冯义坤　吴铁成　徐佩　苏广胜　马林　(51)Int.Cl.B63H 11/08(2006.01)(54)发明名称一种仿生泵喷推进器(57)摘要泵喷推进器通常由转子、定子和导管构成，与常规推进方式相比，有着更好的低噪性能。

本发明的目的在于降低泵喷推进器在运行过程中产生的噪声，提高水下航行器的隐身性能。

本发明模仿猫头鹰翅膀尾缘的锯齿结构，对泵喷推进器的导管和定子部分进行重新设计，在其尾缘切出锯齿结构。

推进器结构改变后，导管和定子尾缘后连续的涡被锯齿分割成若干个小涡，周向连续性减弱，加速了涡的扩散，减小了推进器工作时由于涡流引起的振动与噪声。

对于水下航行器，本发明不仅能够减小推进器的振动强度，而且能够明显地降低推进器辐射噪声声压级并改变噪声的频谱特性，提高了水下航行器的隐身性能以及作战时的生存能力，是一种颇有发展前景的降噪技术。

权利要求书1页说明书3页附图2页CN 109987210 A 2019.07.09C N 109987210A1.一种仿生泵喷推进器，其特征在于：泵喷推进器由导管(1)、定子(2)、锯齿结构(3)、桨毂(4)、转子(5)、桨轴(6)组成；定子(2)和转子(5)位于导管(1)内部，定子(2)在转子(5)的后方，桨毂(4)将转子(5)和桨轴(6)连接，并将桨轴(6)的动力传递到转子(5)上，使推进器产生向前的推力；尾缘锯齿结构(3)位于导管(1)和定子(2)的尾缘位置，通过干扰推进器尾流场起到减振降噪的作用。

2.根据权利要求1所述的一种仿生泵喷推进器，其特征在于：根据猫头鹰翅膀的尾缘锯齿结构(3)对导管(1)尾缘结构进行重新设计，在导管(1)尾缘位置处切出若干个锯齿结构；所述尾缘锯齿结构(3)为54个三角形锯齿，锯齿齿宽平均分布，齿高h D 为：h D ＝L/10，L为导管(1)沿旋转轴方向上的长度。

《FAST工程主动反射面液压促动器的研究》范文

《FAST工程主动反射面液压促动器的研究》篇一一、引言FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，五百米口径球面射电望远镜）工程作为我国在射电天文学领域的重要项目，其主动反射面系统是实现高精度观测的关键。

液压促动器作为主动反射面系统的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到射电望远镜的观测效果。

因此，对FAST工程主动反射面液压促动器的研究具有重要的科学意义和实际应用价值。

二、液压促动器的工作原理与结构液压促动器是一种利用液体压力驱动的装置，其基本原理是通过改变液体的压力和流量来控制促动器的运动。

在FAST工程中，液压促动器主要由液压缸、活塞、油路系统等部分组成。

其中，液压缸和活塞组成了促动器的核心部分，通过改变油路系统中液体的压力和流量，推动活塞在液压缸内做往复运动，从而实现反射面的调整。

三、液压促动器的性能特点FAST工程所使用的液压促动器具有以下性能特点：1. 高精度：液压促动器具有较高的定位精度和运动精度，能够满足射电望远镜对反射面调整精度的要求。

2. 大行程：液压促动器的行程范围较大，能够满足反射面在不同位置调整的需求。

3. 稳定性好：液压促动器具有较好的稳定性，能够在长时间的工作中保持精确的运动轨迹。

4. 维护方便：液压促动器的结构简单、维护方便，便于在现场进行维修和更换。

四、液压促动器的设计与优化针对FAST工程的需求，我们对液压促动器进行了设计和优化。

首先，我们根据反射面的调整需求，确定了促动器的行程范围和定位精度等关键参数。

其次，我们优化了液压缸和活塞的结构设计，提高了促动器的运动精度和稳定性。

此外，我们还改进了油路系统，使液体的压力和流量更加稳定，从而提高了促动器的性能。

最后，我们通过仿真分析和实验测试等方法，对设计的液压促动器进行了验证和优化。

五、实验测试与分析为了验证液压促动器的性能，我们进行了实验测试。

实验结果表明，液压促动器具有较高的定位精度和运动精度，行程范围满足需求，稳定性好。

螺旋推进器的运动学分析

螺旋推进器的运动学分析
王壮壮
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】螺旋推进器是一种在沼泽湿地中常用的船舶推进装置,通过螺旋形的推进器叶片产生推力,从而驱动船舶在能在水面、硬地、湿软草地及沙滩等多种地形中自由移动,完成牵引和负载等任务,显著降低人工操作的风险系数,提高作业的安全性和效率。

该文对螺旋推进器的受力进行理论分析,研究螺旋滚筒的转向运动学,以优化和改进推进器的效率和性能,提高船舶的航行性能和经济性。

【总页数】3页(P136-138)
【作者】王壮壮
【作者单位】重庆交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH123
【相关文献】
1.基于液压驱动的仿生推进器设计及运动学分析
2.仿生波动鳍推进器设计及运动学仿真分析
3.双进双出钢球磨煤机螺旋推进器支撑杆断裂的分析
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5.螺旋推进器影响多功率微波加热系统加热均匀性的仿真分析
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仿生液压四足机器人伺服控制器设计

仿生液压四足机器人伺服控制器设计牛锴;罗庆生;李超;司世才【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2015(15)7【摘要】The paper designs a distributed electro-hydraulic servo controller based on STM32F405 ,combining with the parameters of hy-draulic driven bionic quadruped robot.The servo bus is designed based on dual CAN bus,it separates the state feedback bus and control instruction bus,and the servo command is designed based on the CAN bus communication protocol.A pure digital servo valve drive circuit is designed,which uses PWM to drive the MOSFET full bridge.Experimental results show that the distributed electro-hydraulic servo controller can reliably complete the motion control and servo control tasks.%本文结合仿生液压四足机器人的研发指标，设计了基于 STM32F405的分布式电液伺服控制器。

控制器伺服总线基于双 CAN 总线设计，将控制指令总线和状态反馈总线独立分离，并基于 CAN 总线通信协议设计了单帧伺服指令。

设计了纯数字伺服阀驱动电路，使用 PWM 驱动MOSFET 全桥方式实现。

基于液压SEA的仿生机器人驱动器设计研究

基于液压SEA的仿生机器人驱动器设计研究
杜挺豪;韩莉莉;宁祎;罗健文;杜婷婷
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2016(038)003
【摘要】根据液压串联弹性驱动器(以下简称液压SEA)驱动仿生机器人关节的需要,设计了一种新型驱动器,其驱动电路采用三级控制结构和深度电流负反馈技术.阐述了驱动器的设计原理和动态特性分析,并对制作的驱动器物理系统进行了性能测试.结果表明,驱动器输出负载电流稳定,线性度好,响应速度快,满足设计要求.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】杜挺豪;韩莉莉;宁祎;罗健文;杜婷婷
【作者单位】河南工业大学机器人研究所,郑州450007;河南工业大学机器人研究所,郑州450007;河南工业大学机器人研究所,郑州450007;哈尔滨工业大学机器人研究所,哈尔滨150080;河南工业大学机器人研究所,郑州450007
【正文语种】中文
【中图分类】TP273;TP242
【相关文献】
1.基于膜式液压放大的压电驱动器设计与试验 [J], 王建红;周浩;许有熊;刘娣
2.基于电液比例控制的襟翼驱动器液压加载系统 [J], 于之靖;郭威
3.基于扩展卡尔曼滤波器的液压驱动器状态估计 [J], 孙广彬;王宏;佟琨;黄海龙
4.基于内环补偿的旋转液压弹性驱动器扭矩控制研究 [J], 魏世龙;李钢
5.基于电动静液驱动器的单轴液压系统建模及特征分析 [J], 黎良田;王明友
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形状记忆合金丝驱动的仿生喷射推进器

形状记忆合金丝驱动的仿生喷射推进器王扬威;王振龙;李健【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2011(043)009【摘要】To provide propulsive machine for underwater robot with high speed,high efficiency,high maneuverability and high hidden,a biomimetic water-jetting vehicle that imitated jetting propulsive principle of squids actuated by shaper memory alloy wires is developed.The jetting propulsive mechanism and the muscle structure of squids are analyzed firstly.Then the structure of the biomimetic water-jetting vehicle,imitating the muscle structure of squids,and based on proper simplification is designed.The geometrical model is set up.At last,the propulsive performance of the vehicle is experimented.The experimental results show that the biomimetic water-jetting vehicle can imitate the flexible contract of the mantle of squids;the radial contract is uniform;the maximal contractive strain is 8.8 % and the maximal swimming speed is 58 mm/s.In conclusion,the vehicle has simple structure,flexible jetting motion and zero noise,providing basis for further research on biomimetic robot squid.%为了给水下机器人提供一种高速、高效、高机动性、高隐蔽性的推进器,研制了一种采用形状记忆合金丝驱动的模仿乌贼喷射推进原理的仿生喷射推进器.对乌贼的喷射推进机理和乌贼外套膜肌肉结构进行了分析.在适当简化的基础上,模仿乌贼外套膜的肌肉结构设计了记忆合金丝驱动的仿生喷射推进器结构,建立了推进器的几何模型.对推进器样机进行了初步性能实验.实验结果表明：仿生喷射推进器径向收缩均匀,能较好地模仿乌贼外套膜的柔性收缩运动,最大收缩应变8.8%,最高游速58 mm/s.该推进器结构简单,动作柔性好,游动无噪声,为研制仿生机器乌贼奠定了基础.【总页数】5页(P33-37)【作者】王扬威;王振龙;李健【作者单位】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150001;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150001;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150001【正文语种】中文【中图分类】TP242.3【相关文献】1.形状记忆合金丝驱动仿生波动鳍推进器设计与实验研究 [J], 王扬威;于凯;王振龙2.形状记忆合金丝驱动的仿生双尾鳍推进器的仿真和实验研究 [J], 李健;王荣臻;吴季;高飞;王振龙3.形状记忆合金丝驱动的仿乌贼外套膜喷射推进器研究 [J], 吴清华;王振龙;杭观荣;李健;王扬威;刘士伟4.一种形状记忆合金丝驱动的仿乌贼水平鳍推进器 [J], 王扬威;王振龙;杭观荣;李健5.形状记忆合金丝驱动的触手推进式仿生水母 [J], 李健;郭艳玲;王振龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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πlk 2
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( 1)
式中 : l为沿 x 轴正方向的鳍面基线长度 ; L 为 l最大值 ; s为沿 y 轴正方向的鳍条长度 , θ为鳍条绕其基点摆动时与 y 轴正方向的夹角 ; θ 最大值 ; ω max为 θ ε 为鳍条摆动的频率 ; 0 为鳍条摆动的初始相位 ; k 为模拟的完整波形的个数 , 一般取 k = 1 ～115, 即呈现一个至一个半完整的波形。鉴于前述的仿生学观测及数学描述 , 所设计的模拟波动鳍运动的仿生推进器由 n ( n ∈N ) 个可独立运动的鳍条摆动装置模块及相应的驱动阀路组成 , 这些鳍条摆动装置模块在驱动阀路的作用下有序摆动而形成波动鳍面。首先设计鳍条摆动装置如图 3 所示 , 其为一个扁平状摆动液压缸 , 内、外摆杆 (外摆杆又称为鳍条 ) 通过转轴连接。通过交替对油孔 1 和油孔 2 注入高压液压油 , 即可推动摆杆作往复摆动。其次设计一个能够控制流体驱动这 n 根 [ 10 ] 鳍条的方向阀 , 即旋转式分配阀 , 如图 4 所示。旋转式分配阀主体直径方向上的一对支路油孔连接单根鳍条摆动装置上的两个油孔。
1 波动鳍结构
如图 1 所示 ,根据对仿生对象“ 尼罗河魔鬼 ” 鱼活体的游动过程的观察 ,对其波动鳍的结构及其波动运动推进过程中的性状做出进一步的描述如下 : 鳍面附着在鱼体背部上的基线为一条曲线 ; 鳍面上每根鳍条绕基线上相应连接点摆动的幅度不一定相同 ,在一定范围内受鱼体肌肉的控制 ,并与当前水流压力有关 ;在稳态巡游过程中 ,每根鳍条的摆动规律基本固 [ 7, 8 ] [9] 定。鳍面各个参数的数学描述如图 2所示。波动鳍曲面形状的表达式为
(国防科技大学机电工程与自动化学院 ,长沙 410073)
徐海军
摘要 : M PF 推进模式鱼类的高效、低扰动游动特性 ,逐渐受到水下机器人研究者的广泛关注。以 “ 尼罗河魔鬼 ” 鱼的柔性长背鳍为仿生对象 ,设计了一种液压驱动的模拟柔性长背鳍波动运动的仿生推进器。详细介绍了该仿生推进器的结构和工作原理 , 并建立了相应的运动学模型。在 MAT2 LAB 中 ,根据运动学模型分析了鳍条高度、鳍面基线的不同组合下鳍面的运动效果。初步开展了该仿生推进器试验装置的试验。计算仿真和试验结果表明 : 液压驱动的仿生推进器运行流畅、结构和运动参数调整有效 ,完全可以模拟仿生对象的运动。关键词 : 液压驱动 ; 波动鳍 ; 仿生推进器 ; 阀 ; 运动学中图分类号 : TH122 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 2 8728 ( 2010 ) 09 2 1243 2 05
式中 :φi 为第 i根鳍条相对于第 1 根鳍条的初始相 π 位 ,φi = ・ i。
图 5 波动鳍仿生推进器n源自213 波动鳍整体形状方程
2 仿生推进器运动学建模 211 旋转式分配阀建模
对于旋转式分配阀 , 其作用是将进油管输入的液压油通过内部管道结构分时、有序地分配到 n 个相邻的支路油管中 , 并收受另外 n 个相邻的支路油管的回油。设输入流量为 Q in , 输出流量为 Qout , 第 i
[ 3, 4 ]
,具有效率高、流场扰动小等显著特点。受
此启发可知 ,当仿生推进器采用 M PF 推进模式 , 载体主体可以不发生变形 , 这一特点十分适合特殊外形的水下航行器高机动、高隐蔽性等特殊要求
[5]
收稿日期 : 2009 09 17 基金项目 : 国防基础科研项目 (D28200613 ) 和国家自然科学基金项目 ( 60805037) 资助作者简介 : 徐海军 ( 1981 - ) ,博士研究生 , 研究方向为水下机器人技术、新型机械传动技术、虚拟样机技术等 , xuhaijun - 1999
Abstract: The fish in median and /or paired fins (M PF ) mode has excellent s w imm ing characteristics of high effi2 ciency, high speed and low disturbance, which has been attracting more and more researchers′ interest . In this pa2 per, a hydraulic 2driven bionic thruster is designed to im itate the fish Gymnarchus niloticus′ s long2flexible undulate fin. The kinem atic model of the bionic thruster is built up after a detailed study of its structure and mechanism. In MATLAB , w ith the kinem atic model, some comparative analysis has been carried out on the thruster under several combinations of different ribbin length and baseline shape. In addition, p rim ary experim ents have been done on the bionic thruster . The results of sim ulation and experim ents revealed that the bionic thruster works s moothly, and its structure and kinem atic parameters are controllable. kind of bionic thruster is feasible. Key words: hydraulic trans m ission; undulate fin; bionic thruster; valve; kinematics It also p roves theoretically and experi m entally that this new
x ( l, s, t) = l
θ( s, t) ) = scos[ θ ωt +ε y ( l, s, t) = scos ( max sin ( 0 θ( s, t) ) = s sin [ θ ωt +ε z ( l, s, t) = s sin ( max sin ( 0 -
πlk 2
L
) ]
・1 2 4 4 ・
机械科学与技术
第 29 卷
地对多个运动模块进行周期性、有序地驱动。常见的驱动方式为采用伺服电机 (舵机 ) 在电信号的控制下 ,对单个运动模块进行驱动 ,这种方式一般在验证功能、获取实验数据的时候采用。作为进一步提高推进能力的尝试 , 还有一种采用凸轮机构的波动鳍仿生推进器 ,其可以在一定的结构参数固定下 ,简 [6] 化系统结构。从已有的试验结果看 , 前述两种 M PF模式仿生推进器主要存在驱动能力不足、驱动结构无法更改、不推进时流体阻力系数高等不足。为进一步促进波动鳍仿生推进的机理研究和试验分析 ,提高波动鳍仿生推进器的推进能力 ,设计了一种基于液压驱动的波动鳍仿生推进器。该仿生推进器不仅能够装载不同长度的鳍条 , 而且运动模块的空间位置可以根据载体的设计需求调整。在液压系统的驱动下 ,每根鳍条可以承受不同的负载 ,从而使得该仿生推进器所呈现的波形能够被动地适应外界负载的变化。这两个特点使得液压驱动的仿生推进器无论是结构上还是运动功能上 , 都具一定的 “ 柔性 ” 特性 ,这对于仿生对象推进性能的提高具有相当的重要性。
D esign and K i n ema tic Ana lysis of a B ion ic Thruster D r iven by a Hydraulic System
Xu Haijun, Pan Cunyun, Zhang Daibing, Xie Haibin
(College of M echatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073)
式中 :φ0 为由阀芯的转动引起的相邻两个支路油孔 π 2・的流量相位差 ,φ ・k。 0 =
n
212 鳍条摆动装置建模
图 4 旋转式流体分配阀
如图 5 所示 , 将 n 个鳍条摆动装置模块按仿生对象鳍条基线形状排列好并用一个长条状支架固定 , 然后将其分别连接到旋转式流体分配阀周向上的 n 对支路油孔上 , 通过鳍条夹持具有一定弹性的乳胶皮作为鳍面蒙皮。当向旋转式流体分配阀连续注入高压液压油 , 并用伺服电机驱动旋转式分配阀转动时 , 鳍条即呈现有相位差的有序摆动 ,带动鳍面 [ 11 ] 蒙皮呈现波形。
b, 由于流体不可压缩 , 则可以得到如下方程 q d t = b・ ( R ∫
t1 i t 2 [ 12 ～14 ]
。
2
- r ) ・ ωi d t
t1
2
∫
t 2
即
qi = ωi ・ ( R - r ) ・b
2 2
( 4)
根据公式 ( 3 )有 ωi =
qi (R - r ) b
2 2
= Q in n ( 5)
sign ( sin (ω t +φ0 ( i - 1 ) ) )
(R - r ) b
2 2
设第 i根鳍条长度为 li , 鳍条与内摆杆转动角度相同 , 则在 t时刻鳍条上末端点的坐标为 ( xi , yi , zi ) xi = D ・ i