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关键词： 机械效率   差异研究   主体视角   教学难点  

摘要： 针对人教版教材中机械效率部分对有用功、额外功、总功定义的局限性问题,通过问题差异设置,对两种典型复合机械中机械效率的计算进行了差异研究.研究发现计算中存在的差异主要由源于不同主体视角的差异导致,由此分析并提出了解决相关问题的有效流程,进而引导学生深度思维,并尝试对有用功、额外功、总功进行进一步定义,以克服滑轮组有关机械效率计算的教学难点.

关键词： 自锁   机械原理   限位应用   死点   压力角   传动角  

摘要： 本文主要探讨了自锁条件在机械设计中的限位应用。通过实际设计过程当中出现的问题,运用所学的专业知识进行科学分析和探索,最终得到切实可行的解决方案。在机械原理中,平面连杆机构会出现死点(也称为止点)位置,在限位方面可以利用这种死点位置来达到自锁限位的效果。虽然死点本身并不直接等同于限位装置,但它在机构运动中的特定位置对于限制某些运动或实现特定功能具有重要作用,结合具体实例说明了如何利用自锁特性进行机械限位设计。此外,还分析了自锁在机械设计中的重要意义,以及利用自锁特性满足特定工作需求。研究结果为机械设计中合理应用自锁条件进行限位设计提供了理论依据和实践指导。

关键词： 单腿跳跃机构   功倍增原理   运动学   动力学   轨迹优化  

摘要： 随着机器人技术的不断进步,机器人在复杂和动态环境中的应用需求日益增加。传统的地面机器人通常依赖轮式或履带式运动,这些设计在平坦地面上表现出色,但在不规则地形、障碍物或高低起伏的环境中,其机动性和适应性往往受到限制。相比之下,跳跃机器人具有更强的越障能力和灵活性,能够应对不规则、难以穿越的地形。本论文基于功倍增原理与仿生设计,针对单腿跳跃机构的机械结构设计、动力学建模与轨迹优化进行了系统性研究,旨在提升单腿跳跃机器人的能量效率和跳跃性能。 首先,通过分析家猫后肢的肌肉骨骼简化结构,提出一种仿家猫后肢的双关节单腿跳跃机构模型。模型中引入了弹性元件以模拟家猫肌肉肌腱的作用,从而在跳跃过程中实现能量的存储与高效释放。另外,本文对比了单关节和双关节结构,以及无凸轮和有凸轮设计在弹性储能和跳跃性能方面的表现,结果显示单关节无凸轮构型在跳跃高度、能量利用率方面具有显著优势。又进行了单关节无凸轮构型的参数设计,确定了输入杆长与相应的输出杆长之比为何值时跳跃性能更好。 在此基础上,论文进一步对跳跃机构的运动学和动力学进行了建模分析。进行了跳跃机构在起跳和腾空阶段的位置、速度、加速度的正逆运动学分析,用拉格朗日法建立了起跳阶段以及腾空阶段的动力学模型,并通过Matlab进行了逆动力学仿真,验证了动力学建模的正确性。为之后跳跃轨迹的优化提供了理论支持。 轨迹优化方面,先是用五次多项式插值法进行了单腿跳跃机构机身质心运动轨迹的规划,使得跳跃机构起跳阶段机身质心的运动轨迹是按照事先规划好的直线进行的。之后利用轨迹优化的知识,采用直接配点法中的Hermite-Simpson配点法优化了髋关节的运动函数,以达到控制电机能量效率的优化。 最后,用Solid Works设计了单腿跳跃机构的3D模型,并通过3D打印搭建了单腿跳跃机构实验样机,样机的设计过程中多处应用了功倍增原理。进行了多组跳跃性能实验验证。首先进行了不同起跳角度的跳跃实验,验证了仿真结果的准确性。又进行了连续跳跃实验,验证了理论分析中轨迹优化的正确性和优越性。实验结果表明,基于功倍增原理的单腿跳跃机器人在跳跃性能、能量效率方面均表现良好。该研究为未来高效能、长续航跳跃机器人的开发提供了新的设计思路和理论依据。

关键词： 钢模块结构   机械自锁   可拆装   节点承载力   安装误差  

摘要： 箱式钢模块建筑中柱连接节点因空间限制存在施工困难的情况。提出了一种机械自锁式钢模块建筑连接节点,对其进行了足尺模型的静力加载试验,研究节点的变形发展过程、破坏形态、节点承载力。同时,采用有限元软件Abaqus模拟节点受力破坏过程,并进行节点竖向荷载及水平承载力相关性、节点安装误差对节点承载力影响的参数化分析。试验及计算结果表明:机械自锁式可拆装钢模块连接节点受力机制明确,节点受拉承载力由销键受剪提供,节点受剪承载力由角件外柱壁局部弯剪提供;节点竖向压力对节点受剪承载力影响较小,竖向拉力对节点受剪承载力影响显著;节点水平Y向安装误差,对节点受拉、受剪承载力影响较小,节点水平X向安装误差对节点受剪承载力影响显著。对节点受拉破坏机制进行研究,为该节点受拉承载力公式的建立提供了理论依据。

关键词： 基础研究   科研机构   创新能力   构成要素  

摘要： 基础研究科研机构创新能力直接关系我国国家原始创新能力、科技竞争力、主导权和话语权,明晰其内涵、特征、构成要素及要素间的逻辑关系是提升创新能力亟待解决的问题。本文在分析创新能力基本内涵和特征的基础之上,对创新能力构成要素进行深度剖析,将其分为创新投入要素、创新运行要素和创新产出要素3要素,并构建三维关系模型,进而提出“弓弦箭”理论模型框架,为提升基础研究科研机构创新能力提供理论框架。

关键词： 机器人   变刚度   能量存储   人机安全交互   锤击碰撞   有限元分析  

摘要： 为增强机器人末端执行机构的操作能力以及保障人机交互的安全性,提出了一款具有刚度可变、能量存储、环境适应性强、人机安全交互等多种功能的变刚度机构(Variable Stiffness Mech⁃anism,VSM)。首先,介绍了该机构通过多个磁体轴向排列并相互作用实现刚度可变功能的原理,并提出数种不同的刚度模式;然后,将VSM搭载在一台6-DOF机器人系统上进行一系列锤击碰撞实验,展示并分析了VSM具有的优良能量存储能力和自适应能力;其间,依托该机器人系统并利用Python软件和有限元分析等方法探究了如何通过VSM实现最优的锤击轨迹以及最佳锤击效果;最后,分析了进行硬性碰撞实验时对机器人造成的潜在损伤并如何调节VSM刚度以缓解这类损伤。结果表明,VSM的存在可以在低刚度阶段吸收大部分传递给机器人的冲力,从而可以有效避免机器人系统在进行类似工作时造成的损伤。

关键词： 初中物理   滑轮组   机械效率   难点  

摘要： 对常见的不同滑轮组机械效率的计算方法进行对比分析,理清滑轮组对外做功时有用功、总功的本质,提出解决滑轮组机械效率计算问题的流程,尝试找到计算滑轮组机械效率的通用公式,提高解题效率。

关键词： 隧道工程   TBM   积渣清运机器人   机构设计   轨迹规划   分析与试验  

摘要： 针对TBM施工过程隧道底部积渣清理和运输的难题,提出了一种基于机器人系统智能作业的积渣清运方法.首先,依据施工需求提取积渣清运机器人的设计边界,凝练设计参数,设计一种可折叠冗余自由度的新型机器人机构;其次,结合实际作业工艺建立机构运动学模型,基于运动学模型和蒙特卡洛法进行工作空间计算和分析;再次,针对运动过程对机器人末端执行器运动精度、作业效率的不同需求,将运动轨迹进行分段并开发差异化算法轨迹规划与仿真分析;最后基于积渣清运机器人系统样机进行试验,验证了所提方案和算法的可行性.

关键词： 前臂康复   平行四边形机构   五次多项式插值   D-H法   轨迹规划  

摘要： 为满足当前脑卒中后遗症患者在康复训练中对前臂康复的需求,以及保证患者在康复训练过程中的舒适性和安全性,设计一种三自由度前臂康复外骨骼,为满足康复运动转矩需求以及更好的控制效果,关节驱动机构采用行星齿轮减速和绞盘减速两级减速方式;针对腕部训练的协同性问题,运用平行四边形机构原理设计其腕部关节;整体结构利用SolidWorks进行三维建模。将整体模型简化为三连杆模型后通过D-H法对其建立运动学模型,通过MATLAB验证了模型的正确性。最后,为了提高脑卒中后遗症患者进行康复训练时的安全性和舒适性,基于五次多项式插值法对其进行轨迹规划,并且使用MATLAB进行仿真分析,得到各关节的运动速度、加速度的均匀平滑曲线,验证了外骨骼结构的合理性与运动的舒适性,为之后基于多种康复模式的程序设计提供了基础。

关键词： 机械手   指尖可自锁   欠驱动   受力分析   抓取试验  

摘要： 欠驱动机械手结构简单、成本低、易于控制、自适应能力强,但欠驱动机械手是通过机械限位与弹簧约束来完成抓取,抓取稳定性差,无法输出较大的指尖抓取力.本文提出一种新型的指尖可自锁的欠驱动三指机械手,在抓取时远指节与中指节可实现自锁,增加了抓取的稳定性.同时建立了单指的D-H运动学模型,利用MATLAB分析了机械手的工作空间,对手指进行了静力学分析,利用ADAMS软件对机械手进行仿真分析,最后进行抓取测试,结果表明指尖自锁机械手能输出更大抓取力,从而验证了指尖自锁机械手结构的合理性与可行性.