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关键词： 仿生机器鱼   三自由度胸鳍   机构设计   水动力学分析  

摘要： 近些年来,机器鱼的研究随着科学技术的发展已经逐渐变成了该科研领域的一个新的研究热点。对于该仿生领域的水下机器人的研究,借助仿生领域相关的不同的科学技术学科的大力发展,譬如设计机构的机械学,鱼体外形设计的仿生学,鱼体在流体中游动的水动力学等等技术学科,逐渐显现出了水下机器人领域具有重要的研究意义。本文在仿生机器鱼游动时的推进模式和游动机理的基础上,设计出了一款具有三自由度的胸鳍推进机构和具有三关节柔性身体的仿生机器鱼模型,并针对所设计的仿生机器鱼建立了相应的水动力学模型。在此基础上,对所设计的三自由度胸鳍仿生机器鱼进行了对应的水动力学分析,最后通过实验进行了验证。具体内容如下:(1)以鳕鱼为仿生对象,设计了一种仿生机器鱼的三自由度胸鳍和三关节柔性尾鳍协同推进仿生机器鱼。每套仿生胸鳍推进机构包括仿生胸鳍、前后拍翼机构、上下拍翼机构以及摇翼机构。该仿生机器鱼胸鳍推进机构既能实现三个舵机各自所对应的独立运动,又能实现两两之间以及三者之间复杂的复合运动。(2)在胸鳍各自由度按照给定正弦运动规律,柔性身体以体波拟合方式运动条件下,分别针对仿生机器鱼的三个自由度的运动,即胸鳍摇翼运动、前后拍翼运动、上下拍翼运动,以及三者之间复合运动,利用微元法进行了相应的水动力学分析并建立了所设计仿生机器鱼直线游动的水动力学模型,通过数值分析、实验分析得出样机单自由度胸鳍直游速度为0.038m/s,二自由度胸鳍直游速度为0.13m/s,三自由度胸鳍直游速度为0.17m/s。由上可得出随自由度数的增加,样机的直游速度也随之增大,体现出三自由度胸鳍的有效性。(3)在胸鳍各自由度按照给定正弦运动规律,柔性身体以体波拟合方式运动条件下,分别针对仿生机器鱼的几种转弯模态,即单侧胸鳍转弯,胸鳍、尾鳍协同转弯,双侧胸鳍转弯给出了相应的水动力学分析,并相应给出了仿生机器鱼转弯运动时的水动力学模型。通过数值分析、实验分析得出样机在不同的转弯模态下的实验结果,最终得到该仿生机器鱼的各种运动形式的有效性。

关键词： 服务机器人机械臂   结构设计   静力学分析   动力学分析   误差分析  

摘要： 服务机器人产业将对日常生活和工作产生重大的影响,是未来推动我们进步的重要力量,服务型机器人轻型机械臂要求质量轻,移动方便。本文对服务型机器人机械臂的结构进行设计和分析,主要内容如下:首先,确定服务机器人机械臂的整体构型,完成电机、电源等元件的选型,并利用ANSYS软件对零部件进行相关分析,得到了零件的最大变形和最大应力,对它的构型进行检验。通过优化设计减轻了连接部分的重量,再利用模态分析,得到了机械臂的振动频率,在使用过程中注意外部振动频率的影响,避免共振现象对于机构的影响。其次,利用D-H参数法进行正逆解相关计算,得出可以表示各关节转动角度和末端位置姿态相互关系的公式,并运用MATLAB进行验证,证明了求解公式是正确的。在本文中进行动力学相关公式的推导,运用ADAMS软件进行仿真,得到各个关节的速度、力、力矩的曲线图。在此基础上,分析机械臂连接件及关节形变产生的误差对运动学计算产生的影响,分析形变后公式的变化,构建包含连杆柔性的误差模型。最后,提出了补偿策略和减小误差的方法,为下一步误差的测量和补偿提供参考依据。

关键词： 缓冲平台   多自由度   冲击环境   冲击平台   冲击试验  

摘要： 现代舰船多为电子信息技术的集合体,在作战过程中各个精密仪器及电子设备都需要处于安全平稳的使用环境,因此维持舰船的抗冲击性能力及其持续作战能力,舰载设备的安全是关键保障。缓冲平台能保证舰载设备的正常工作,而舰载设备必须经过冲击试验考核或冲击计算考核,合格后才能投入使用,冲击平台是国内外进行冲击试验考核的重要工具。本文设计了多自由度缓冲平台及能用于考核其隔冲性能的冲击平台,并对两者进行了理论分析和试验研究。本文首先介绍了缓冲平台及冲击平台的国内外发展及相应理论的研究现状,根据缓冲平台及冲击平台的的设计难点和设计要求,同时参照美军MIL-S-901D标准,提出了两者的设计要求,并给出缓冲平台及冲击平台的结构方案。根据多自由度缓冲平台结构要求,提出了以空气弹簧为缓冲元件,搭配钢结构框架为主体的缓冲平台结构形式。在此基础上,给出了系统振动模型,并建立了有限元模型,验证了结构设计的合理性。研究了缓冲平台的冲击环境,根据冲击波的传播特性,结合气泡破裂特性,分析了海底反射波对冲击平台冲击环境的影响。根据冲击平台需要满足不同被试设备安装频率的要求,分析了甲板模拟器的模态,并通过仿真分析对比了甲板模拟器与内底板冲击环境的异同,验证了甲板模拟器设计的合理性。提出了2种冲击平台的结构形式,通过仿真分析对比得到了合理的结构形式。设计了冲击平台的顶盖,并通过仿真分析验证了顶盖的强度满足使用要求。建立了冲击平台有限元模型,进行了模态分析与水下冲击仿真分析,得出冲击平台内底板的冲击响应,提取了加速度响应曲线与冲击谱,验证了设计的正确性。最后,为验证缓冲平台的缓冲性能及冲击平台的输出冲击环境,搭建了试验平台,制定了试验方案,平台本体定位方案,爆源定位方案与爆破实施方案。提取了缓冲平台台面测点及冲击平台内底板测点的试验数据,对比了仿真分析数值与冲击试验数值,验证了缓冲平台及冲击平台设计的合理性与冲击试验方案制定的正确性。

关键词： 董事长任期   管理自由度   研发投入  

摘要： 研发投入作为现代企业提高自主创新能力、保持并提高核心竞争力的关键途径,引起了企业界和学术界的高度重视。近年来,随着高阶梯队理论的兴起,国内外学者渐渐开始探索管理者人口背景特征如何影响企业研发投入。董事长作为公司的法定代表和最终决策人,任期作为管理者的重要人口背景之一,董事长任期极有可能影响企业研发投入。然而,已有研究针对董事长的并不多,针对高管任期的也不多,针对董事长任期的更是如凤毛麟角。此外,深究管理自由度的理论根源可知,管理自由度是影响研发投入的重要边界条件和情景因素。因此,本文着眼于董事长任期与研发投入的关系,将董事长任期和管理自由度引入研发投入的研究框架很有理论意义和实践价值。本文选取我国沪深两市2010-2016年A股上市公司的非平衡面板数据,在委托代理理论的分析框架中,探讨了董事长任期与企业研发投入的关系。根据企业契约理论和战略管理理论,引入了管理自由度对董事长任期和研发投入二者之间关系的调节效应。通过SPSS19.0和Stata12.0实证检验发现:董事长既有任期与企业研发投入的关系呈现倒U型,而董事长预留任期与企业研发投入的相关性并不显著;管理自由度在董事长既有任期与研发投入二者的关系中起到调节效应;在高管理自由度即在两职合一的企业或年轻企业或小规模企业或者高市场竞争的企业中,董事长既有任期与研发投入关系更显著;在高市场竞争环境中,董事长预留任期与研发投入显著负相关,而低市场竞争下,二者关系不显著。这一研究结论说明我国上市公司的董事长任期的安排存在一定的问题,比如董事长预留任期与研发投入没有明显关系;除了行业环境,管理自由度对董事长预留任期与研发投入的调节效应不显著。本文有助于从董事长任期的角度认识企业研发决策的动机,同时也有助于理解管理自由度对董事长研发决策的影响机制。最重要的是,本文根据实证结果结合我国上市公司的管理实践,为我国上市公司提出了相应的对策与建议:合理安排董事长任期,比如,选拔或选聘有利于企业发展的董事长,董事长任期既不能过短也不能过长,要适当延长董事长的任期,至少应不低于两届,建立有效的董事长任免机制,完善董事长激励约束机制;注意协调管理自由度;规范研发信息披露制度。

关键词： 波达方向估计   互质阵列   自由度   时频分析  

摘要： 波达方向(DOA)估计一直是阵列信号处理中的一项重要技术,并且广泛应用于雷达、导航、通信等领域。现今的DOA估计算法大都是在均匀线性阵列(ULA)的基础上提出,其理论的研究广泛并且深入,然而却受阵元间距及互耦等问题的限制。互质阵列作为近年来一个热门的研究课题,它具备自由度高,阵元数少等优点,并且突破可估计信源数少于阵元数的限制,在提高入射角估计精度和分辨率的基础上,还可以估计更多的信源。时频分析处理方法可以在时频面上区分信号,对非平稳信号的处理具有优势,因此本文将以互质阵列为模型,再将时频分析方法与波达方向估计方法结合,以此探索出更多基于互质阵列的高精度波达方向估计方法。本文首先介绍几种基于均匀线阵的传统波达方向估计技术,非相干信源前提下介绍了常规波束形成(CBF)、Capon算法以及多重信号分类(MUSIC)算法,并分别进行了MATLAB仿真和性能分析;还介绍了在相干信源条件下的几种解相干算法,有前后向平滑法、改进的MUSIC算法等,最后对其性能进行分析和对比。接下来是对互质阵列模型的介绍,以及有关于互质阵列的位置差和自由度(DOF)的概念,而互质阵列结构又分成原始结构和扩展结构:对于原始结构的互质阵列的波达方向估计,详细介绍了MUSIC和DECOM两种传统算法,通过性能分析可知基于原始互质阵列的传统算法并不能充分利用自由度,且适用范围窄。为尽可能多地获得自由度个数,以此增加可估计信源的数目,引入扩展结构的互质阵列,但是由于数据协方差矩阵结构的改变,传统算法不再适用,为此介绍了几种改进的算法,这些方法都需要对其数据协方差进行修正之后再进行后续的DOA估计步骤,最后通过计算机仿真验证和分析各自的性能。为了进一步提高信源估计精度,将时频信息与互质阵列的波达方向估计结合起来,将通过双线性时频变换得到的时频分布矩阵代替数据协方差矩阵,再与互质阵列改进算法结合,可以得到基于互质阵列的时频平滑MUSIC方法,这样可以将信号在时频面上区分开,再分别进行处理,进一步提高角分辨率和估计精度。

关键词： 动态稳定   并联机器人   联合仿真   模糊自整定PID控制  

摘要： 稳定平台可以实现舰载、机载、车载武器跟瞄及通信、监测等系统在动态环境下与载体的多维运动扰动的有效隔离,在海洋工程、生物医疗、娱乐游戏等方面也有着良好的应用前景。近年来,并联机构已成为稳定平台研究的重要方向。本文开展空间多维并联稳定机器人运动学、动力学建模研究,设计空间六自由度并联动态稳定机器人。在此基础上,开展动态稳定控制策略的仿真分析与实验研究。首先,基于6-RSS并联机构,设计了该并联稳定机器人的构型;采用闭环矢量法,求解了该6-RSS并联机构的位置反解;通过分析支链运动学,推导了支链连杆质心的速度和加速度方程;运用牛顿-欧拉动力学建模方法,建立了支链中构件的力和力矩平衡方程,推导了该机构的动力学方程。其次,基于MATLAB和ADAMS实时数据交互,搭建了动态稳定联合仿真系统;设计了PID控制器,并完成了K、K、K参数的整定;分析了下平台受到一维、二维、三维转动扰动三种情况下的联合仿真。然后,基于模糊自整定PID控制理论,分析了输入输出的论域、模糊集、模糊因子及模糊规则;在此基础上,设计了模糊自整定PID控制器,搭建了基于模糊自整定PID控制的动态稳定联合仿真系统;分析了下平台受到一维、二维、三维转动扰动三种情况下的联合仿真。最后,设计了空间六自由度并联动态稳定机器人的本体结构、数据采集、驱动单元等硬件;基于Arduino和Processing,实现了上位机和下位机的数据处理与交互;设计了PID控制动态稳定实验,并完成了相应扰动下K、K、K参数的整定;在此基础上,完成了模糊自整定PID控制动态稳定实验,并与PID控制效果进行了对比分析。

关键词： 产权分类   融资约束   经济效率   工业企业  

摘要： 本文对2000年至2014年工业企业的统计数据进行了分析,研究了不同产权类型的工业企业的融资约束和经济效率的关系,得出以下结论:企业产权结构决定企业受到的融资约束,企业受到的融资约束决定企业融资能力,融资能力进而决定企业投资和资产运营效率,而资产运营效率则最终决定产权的经济效率。

关键词： 协作型机械臂   一体化关节   运动学分析   控制系统设计  

摘要： 国内外工业机械臂技术的发展已有数十年历史,但协作型机械臂因其独特的优势近几年也取得了很大的发展。协作型机械臂具备力感知能力,能够感受外界的作用力。不同于传统工业机械臂的栅栏封闭性,协作型机械臂适合一个开放的环境,适合于人机协同工作和装配的柔性生产线。现有协作型机械臂通常采用电机电流来控制关节力矩,实现协作机械臂物理接触的安全性。但其安全性存在不足的问题,尤其负载增大时。本文研究的目的是设计一款具有关节力反馈功能的协作机械臂,提高其安全性。本文在对国内外协作型机械臂进行调研后,设计了一种由一体化关节构成的协作型机械臂。在设计机械臂构型时采用连续三轴平行,满足PIPPER法则,保证机械臂具有逆运动学解。在设计一体化关节时,将力矩传感器、谐波减速器、无框电机、轴承,位置传感器和抱闸布局在同一关节内,使关节具备模块化。通过对每个关节和连杆质量的估算,计算每个关节所承受的静力矩和动态力矩,并以此为依据对减速器和电机进行选型。最后对关节外壳和连杆进行了强度校核,保证设计的可靠性。本文基于固联坐标系后置法,建立了协作型机械臂的DH模型,并以此为基础,推导了机械臂的正向运动学方程。为求得笛卡尔空间到关节空间的解析解,本文采用代数法实现了机械臂的逆运动学算法。在运动规划上,本文采用了基于正弦加减速的方法,并完成了机械臂的空间直线,圆弧和定点轨迹规划。最后在MATLAB中实现了所有运动学算法并完成了仿真。为完成机械臂的运动控制,本文采用了分布式的主从控制架构。主控器根据用户输入的轨迹命令,进行轨迹规划和完成逆运动学解,并将插补得到的六个关节值写入磁盘文件中。关节驱动器利用PID算法实现位置环的闭环控制,使关节在每一个伺服周期内调整到关节给定输入值。主从之间采用CAN总线协议架构进行通讯。本文最后完成了单关节和机械臂整机轨迹运动的实验。单关节轨迹跟踪实验表明关节具备良好的跟踪性能。通过机械臂整机在空间实现三角形轨迹运动的实验,表明了运动学算法和控制系统设计的准确性。本文成功地为实验室搭建了一个协作型机械臂研究平台。

关键词： 水泵试验  

摘要： 我所是国内转台的主要供货商,产品种类覆盖有单轴、两轴、三轴、五轴等多个自由度转台,可实现位置、速率、跟踪等多种运动方式。主要有:FS系列飞行仿真转台;TS系列测试转台;TC系列天线罩/天线罩电性能测试转台。FS系列飞行仿真转台具有高精度、高动态、超低速、宽调速等特征,广泛用于飞机、导弹、卫星、舰船等运动体的仿真试验。

关键词： 多自由度   波浪能   电气化模拟   电流斩波控制   最大波能捕获  

摘要： 伴随科技的发展和现代化水平的提高,人类对一次能源的消耗量与日俱增。煤、石油、天然气等传统能源正面临枯竭,全球性的能源危机促使世界各国加大了对波浪能、风能等可再生能源的研究力度。研究波浪能发电对我国解决沿海地区的电力紧缺局面、建设与保护祖国孤岛以及实现海上强国之梦均具有重要的现实意义。本文概述了国内外波浪发电技术研究现状,针对目前单自由度波浪发电装置存在稳定性差、效率不够高等问题,建立了多自由度波浪能发电装置的数学模型,对其运行原理进行了分析和建模仿真,并对如何提高该发电系统的波能捕获能力进行了具体的探讨。本文主要从以下四个方面进行研究:（1）简要说明海洋波浪能的应用背景、单自由度和多自由度波浪发电装置的发展和应用现状,并对波浪的性质、波浪能量转换的数学模型和波浪能量转换基本过程进行介绍。（2）详尽阐述机械元件系统的电气等效建模方法论,并介绍两种由机械元件系统到电气元件系统的转换方法,即第一类和第二类电气化模拟法。（3）设计点吸式单自由度波浪发电装置和多自由度波浪发电装置,结合电气化模拟方法,对其进行受力分析,得出对应的等效电路图。通过MATLAB/Simulink进行仿真分析,对单自由度与多自由度波浪发电装置的输出功率进行比较,验证了多自由度波浪发电装置的波能捕获能力优于单自由度装置。（4）建立完整的多自由度波浪发电系统,在传统的控制策略的基础上采用电流斩波控制策略（CCC）,通过实验仿真验证,该多自由度波浪发电系统具有较高的波能转换效率和很好的适应能力,可以较好地实现系统的最大功率跟踪（MPPT）。