本项目首次提出利用离心力驱动物体运动的新型驱动方式,采用理论分析、数值模拟仿真及模型样机试验对离心力驱动方式从实现方法、工作特点、驱动过程中的动力学性能及参数优化等方面进行应用基础研究,尤其针对离心力驱动的特殊性,着重进行含变参数的离心力产生系统的建模、分析、优化和变载荷作用下的离心力驱动系统的动力学建模与分析试验,预计将为离心力驱动方式的工程实际运用在理论与方法上做出若干必要的准备。基于离心力的新型驱动方式,不但对于在某些特殊条件下的运动物体具有重要的意义,例如各类机械、机器人、车辆等在湿滑或结冰的路面上的驱动及运动控制等,其用途还可扩展至各种运载工具的驱动及运动控制,展示了运用于车辆、船舶等的应用前景,具有重要的理论意义和工程实用价值。本项目研究的是一种未曾有过的驱动方式,具有源头创新的意义,有可能形成我国自主知识产权。
Centrifugal force;drive;motion;mechanism;robot
在某些特殊条件下,使用特殊驱动方法使将使运动物体获得一些特殊的运动性能,这往往是极具吸引力的。离心力是人们所熟悉的,任何旋转的物体,只要存在着质量偏心,都会产生离心力,本项目提出利用离心力驱动物体运动的新型驱动方式,对于各类机械、机器人、车辆等在特殊环境(如湿滑、松软、粘滞环境等)中的驱动及运动控制等具有重要的理论与实际意义。本项目采用理论分析、数值模拟仿真及模型样机试验的方法对离心力驱动方式从实现方法、工作特点、驱动过程中的动力学性能及参数优化等方面进行应用基础研究,尤其针对变载荷作用下的离心力驱动系统的动力学建模与分析、优化及试验研究,为离心力驱动方式的工程实际运用在理论与方法上做出若干必要的准备。在离心力驱动的原理研究方面,围绕变化的离心力的产生以及在装置运动方向上的离心力幅值最大化控制,进行了驱动系统运动学、动力学解析分析,探索了在二维平面机构和三维空间机构上使离心力具有方向性效应的有效途径,并在此基础上研制了相应的试验装置。在离心力驱动系统的影响因素方面着重研究了装置与外部环境的动、静摩擦系数的比例关系对离心力驱动效果的影响,为这种新型的驱动方式初步奠定了理论依据。针对离心力驱动的特殊性,制作了多种离心力驱动的运动试验装置,进行了驱动性能比较实验,探索离心力驱动的合理实现方法,得出了具有潜在的工业实用价值的几种离心力驱动方式。提出了一种可作为微型机器人主体的基于惯性离心力驱动的新型机构,为具体的工业应用提供了具有重要参考意义的实例。从工业化的角度,初步界定了惯性离心力驱动的一般应用前景,为将其发展为具有工业意义的驱动方式初步作了理论与方法上的准备。