为了实现机器人的内在主动柔顺,应用磁流变液的可控特性,设计了基于磁流变液传动的多盘式柔顺关节。基于Bingham塑性模型建立了柔顺关节的扭矩传递模型,仿真分析了盘片直径、盘片间隙、励磁电流等因素对输出扭矩的影响规律,根据理论分析和仿真,得到柔顺关节的机械结构参数。设计实验平台对柔顺关节样机进行了盘片壁面形貌对动力传递性能影响、空转力矩特性、动力传动特性、静态特性、转速-输出转矩特性以及阶跃输入、阶跃负载情况下的动态响应实验研究。结果表明基于磁流变液传动的柔顺关节盘片表面粗糙度越大,所能传递的扭矩越大,磁流变传动输出稳定,且可以无级调控。

采用数值模拟的方法对某压气机转子进行了三维仿真分析,详细比较了叶片叶顶磨损后形成的不同叶顶坡角α对转子气动性能的影响。研究结果表明,随着α的增大,转子最高压比、峰值效率及喘振裕度衰减均越严重,但在设计压比点,转子效率呈略微增加的趋势。α会影响转子叶尖约25%区域内负荷的径向分布,但对几乎整个叶高通道的效率分布都产生了影响。叶顶磨损导致部分性能参数衰减呈非线性变化,在α超过5°和25°时,转子喘振裕度会产生一个较大幅度的衰减。

为了使机器人关节具备主动变刚度特性,基于磁流变液的可控流变特性设计了一种新型机器人柔顺关节,并提出基于分数阶PID(PIλDμ)控制算法进行磁流变液柔顺关节的动态扭矩跟踪控制,采用频域设计方法,通过期望截止频率和相位裕量推导出理想Bode传递函数状态下的PIλDμ控制器设计参数,建立了基于PIλDμ的控制系统。设计了磁流变液柔顺关节实验平台,并且基于LabVIEW图形化编程语言开发了控制软件系统,分别进行了基于PIλDμ和整数阶PID动态扭矩跟踪控制实验,实验结果证明,PIλDμ控制算法对基于磁流变液设计的机器人柔顺关节具有较好的动态扭矩跟踪控制作用。