《振動驅動系統的建模、非光滑動力學分析與控制》是依託同濟大學，由徐鑒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：振動驅動系統的建模、非光滑動力學分析與控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐鑒
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目定位於套用基礎性研究,針對有阻力環境下的振動驅動系統,通過對(1)振動驅動系統的建模與驗證；(2)振動驅動系統中非光滑摩擦力效應的分析；(3)振動驅動系統中的驅動控制、耦合控制與最佳化這三個科學問題的研究，深入了解振動驅動系統的運動原理並基於此建立符合蠕蟲運動特徵的動力學模型；認識有阻力環境下振動驅動系統的動力學特性，重點探索包括粘滑（Stick-slip）現象和同步現象在內的簡單和複雜動力學行為的機理；設立能綜合反映系統運動效率和能量利用率的最佳化目標並對系統進行運動最佳化，初步形成在時滯參數和非光滑參數共同作用下的最佳化控制方法。在本項目中，對動力學的研究是基礎，深刻認識Stick-lip等非光滑系統所特有的動力學現象及其動力學機理則有助於系統的最佳化和控制策略的設計及各種指定動力學行為的獲得，並對基於此的仿生機械的研製具有指導意義。
結題摘要
本項目以發展未來蠕蟲型機器人及相關仿生設計前沿理論為目標，對一類振動驅動移動系統的建模、非光滑動力學與控制進行了研究。按照項目書提出的科學研究目標，研究主要圍繞於以下三個科學問題：（1）振動驅動移動系統的建模與驗證；（2）振動驅動移動系統中非光滑摩擦力效應的分析；（3）振動驅動移動系統的驅動控制、耦合控制和最佳化。通過四年的研究，項目取得了一些創新性成果，具體表現為：（1）建立了蠕蟲型移動機器人多單元振動移動系統的動力學模型，提出運動直接分離法解得到系統的穩態平均速度；（2）提出利用振動驅動移動系統實現平面運動的方法，並建立了相應的驅動結構、驅動形式，實現了平面上的任意曲線軌跡； (3)首次對在非光滑摩擦力作用下振動驅動移動系統的Stick-Slip運動進行了分類，提出利用Stick-Slip運動的特徵來最佳化振動驅動移動系統的新策略，在不增加能量輸入的條件下，新策略可以顯著提高系統移動的平均速度，實現系統的定向運動;（4）建立了蚯蚓型振動驅動移動機器人的運動學和動力學仿生模型，提出了蚯蚓型機器人移動步態的概念,依據蚯蚓的後退蠕動波一般化地設計和生成了機器人的運動步態，明確給出了步態參數與機器人動力學性能之間的關係，並首次開展了多單元蚯蚓型移動機器人步態的實驗研究，驗證了步態與機器人動力學性能之間的關係；（5）提出利用時滯轉移振動驅動能量的控制策略和分節振動驅動移動系統中單元協調的對稱群新的分析方法，建立了對稱群、相位差排布和系統平均速度三者之間的關係，找到了對應於系統最大平均速度的最優相位差排布模式及其對稱群。 項目共發表期刊論文27篇，國際會議論文4篇，其中SCI索引21篇，EI索引23篇，畢業研究生10人，其中博士畢業生5人，碩士畢業生5人，2人獲得上海市優秀博士學位論文，3人獲得校級優秀博士學位論文，1人獲得國際學術會議最佳學生論文一等獎。畢業的項目組博士研究生3人獲得國家自然科學青年基金。項目組獲得國家基金委中-俄國際（地區）合作與交流項目（編號：11411130171）的資助，共舉辦了10次國際或國內學術會議，並有5次在國內外學術會議上做特邀報告。通過四年的工作，項目組完成了所有預定的研究目標。
