多腔体式仿生吞咽软体驱动器的设计与制作

设计了一种软体仿生吞咽装置,其具备仿人的结构尺寸、材料性能及收缩扩张的波状蠕动运动特性,可作为食道运动机理及微型机器人在食道内驱动研究的实验平台,也为改善吞咽障碍患者吞咽安全性的研究提供了新的思路。首先,提出了环形多腔软体驱动食道的结构,并通过仿真对结构参数进行了优化,提高了结构的响应性能;其次,利用3D打印技术制备带有环形腔体的软体驱动器的浇注模具,注入混合好的液态硅胶,获得硅胶材料的软体驱动器;最后,设计研究软体驱动器气压与响应特性的试验系统,并对制备的软体驱动器进行通气实验,实验数据和仿真数据高度吻合,验证了软体仿生驱动器优化设计方法的有效性。     

不同吞咽等级下钡餐配比及其润滑性能研究

为了明确造影检查中患者的造影剂浓度及其增稠浓度,须深入研究不同吞咽等级下造影剂的润滑性能,提高患者的吞咽舒适度。基于现有的吞咽压力、速度及吞咽障碍食品标准,以医用钡餐与食品增稠剂为原料,开展不同浓度钡餐及不同增稠剂浓度钡餐溶液的黏稠度测试并在MFT-5000磨损试验机上进行润滑性能研究,探究钡餐浓度及增稠剂浓度对其吞咽润滑的影响。结果表明:不同浓度钡餐溶液及不同增稠剂浓度的600 g/L钡餐溶液的黏稠度随各浓度的增加而增大;不同吞咽等级下,添加增稠剂600 g/L钡餐溶液平均摩擦因数比不添加增稠剂钡餐溶液低约15%~35%。依据不同吞咽等级的患者,选择不同增稠剂浓度的600 g/L钡餐溶液,降低硫酸钡摄入量,提高病患在检查时吞咽的舒适度,为造影检查提供较好的技术支持。     

基于Icepak的火炮驱动器热分析

针对火炮驱动器工作过程中驱动器内关键电子元器件温度过高的问题,提出了一种基于有限元的热分析方法,分析驱动器内关键电子元器件的温度分布情况。采用热分析软件Icepak 建立驱动器的仿真模型,根据仿真结果,提出了驱动器散热结构的改进措施。利用Icepak的参数优化工具,得到驱动器中散热器的优化设计方案,从而有效降低驱动器内关键电子元器件的温度,保证了驱动器的安全可靠工作。文中方法对类似驱动器的热设计具有参考意义。     

尺蠖型压电直线驱动器的动态特性

分析了尺蠖型压电直线驱动器的结构原理,建立了驱动器系统动力学模型。对驱动器定子进行了模态分析,并对分析结果进行了评价。对设计开发的驱动器样机输出特性进行了试验测试,实验测得驱动器单步输出位移稳定可靠,100 V驱动电压下,单步输出位移为9.8 μm。对驱动器直线动子的速度、加速度特性进行了测试,依据速度、加速度信号进一步分析了驱动器的动态响应特性。实验结果表明,所开发的驱动器具有动态特性好、运动稳定等优点。     

压电旋转驱动器制作及性能测试

提出了通过控制正压力来改变摩擦力的方案,进而研制了一种以压电叠堆为动力转换元件的新型压电旋转驱动器。采用两个驱动用压电叠堆对称布置的方式设计了该旋转驱动器结构,探讨了旋转驱动器运动机理,制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试。试验结果表明,该驱动器输出步长线性度较好,当驱动电压为10 V、频率为2 Hz时,驱动器旋转步长为20 μrad。分析了驱动器输出稳定性,针对存在的问题提出通过施加控制系统来有效提高不同起始位置驱动器的运动稳定性。对试验结果进行误差分析,找出了产生误差的原因,为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性,利用该方法可以制作出结构简单,体积小,适合在微驱动领域中应用的驱动器。     

功能梯度压电驱动器的结构设计、制备与功能验证

本文作者在以前的研究中,提出了一种新型的功能梯度驱动器。在此基础上,本文设计并制备了该驱动器,建立了理论模型,并对驱动器的性能进行了测试。这种新型功能梯度驱动器由4种基于Pb(Ni1/3Nb2/3)O3－PbZrO3－PbTiO3系列的材料复合而成,且四层材料的压电常数和介电常数在厚度方向上的梯度变化相反,这种梯度结构能够使得驱动器结构内部的应力分布优于传统弯曲驱动器。为了对驱动器进行优化设计,作者利用经典复合材料力学和压电方程建立了功能梯度压电驱动器的理论模型,并计算了不同厚度配比的驱动器受电压和自由端集中力单独作用时的准静态变形和应力分布。通过分析驱动器的内部应力确定了最优厚度配比。根据优化结果成功制备了功能梯度压电驱动器,并测量了驱动器自由端输出位移与输出力的关系。测量结果表明：功能梯度压电弯曲驱动器的输出位移和输出力呈线性关系,并且频率越低,输出位移和力就越大。     

机械控制式惯性压电旋转驱动器

以惯性压电旋转驱动器为研究对象,对比研究了非对称式惯性压电旋转驱动器和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的运动特性。分析了两种驱动器的工作原理,设计、制作了试验样机,搭建了测试系统并对两种压电旋转驱动器进行了对比试验测试。结果显示:在8Hz方波电信号的激励下,非对称式压电驱动器的旋转步距大于变摩擦力式旋转驱动器;当驱动电压为100V时,非对称式与变摩擦力式压电驱动器的回退率分别为73.19%、65.67%;在40V、8 Hz的方波激励下,非对称式与变摩擦式压电驱动器的线性度残差平方和与重复性标准差分别为0.031、0.069与0.011、0.063。试验结果表明:与变摩擦力式驱动器相比,非对称式驱动器的输出步距及回退率更大,具有较高的线性度和重复性。     

新型SMA纤维驱动器的结构、建模与仿真

介绍了一种新型的形状记忆合金 (SMA)纤维驱动器 ,这一驱动器由预压缩弹簧连接的若干圆盘构成 ,圆盘周围对称编织多根 SMA纤维。依靠 SMA纤维的相变回复力与压缩弹簧的弹力完成驱动器的往复动作。这一结构有效地克服了 SMA的主要缺点 :形变较小 ,使驱动器的力与位移之间的转换更加高效。还给出了一种仿真模型 ,可以评价一给定驱动器的特性 ,同时也可在给定驱动器的力、位移、速度等条件下决定该驱动器的几何结构。最后 ,对单个驱动器与差动排列的驱动器对的实验和仿真结果进行了分析     

记忆合金柔性机械手研究

介绍了一种新型SMA驱动器 ,从理论和实验上研究了驱动器的弯曲变形原理。通过开环实验 ,得到了SMA驱动器的控制模型 ,并对驱动器P+控制进行了实验研究。最后 ,利用多驱动器的组合制作了一柔性机械手演示装置 ,实验证明 ,该手爪能完成快速柔顺的抓取动作     

具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器

为改善惯性压电驱动器输出性能,提出了一种新型具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器。在非对称夹持的基础上,定义了一种偏置结构。为了解偏置结构对驱动器输出性能的影响,建立了机构的力学模型方程,推导并仿真分析了驱动器的动力学特性。设计、制作了试验样机,搭建了试验系统;进行了试验测试并与无偏置结构驱动器进行了性能对比。结果表明:偏置距离为15mm时,驱动器输出步距角速度最大。与无偏置结构驱动器相比,驱动电压为100V、23Hz时,驱动器输出最大角速度从3.48rad/s增加至5.39rad/s,增幅达54.88%,驱动器最大驱动力矩从2.41N·mm增加至3.62N·mm,增幅达50.2%;驱动电压为100V,4Hz时,驱动器稳定运行时的承载量达1 300g。理论与试验结果表明,提出的有偏置结构的驱动器具有输出步距角速度和驱动力矩更大的特点。     

Droplet generation with integrated 3D pneumatic actuator for orifice control

A droplet generator with an embedded 3D balloon actuator around a flow-focusing junction is realized to adjust the size of the droplets as required with only one element. The 3D actuator encircling the orifice causes a geometric deformation due to pneumatic pressure, which controls the orifice and thus the sizes of the droplets. The orifice and actuator are designed to have triangular cross-sections with the largest possible reduction in hydraulic diameters under the same pneumatic pressure. We empirically demonstrated that, compared with typical fixed orifice structures, droplet generators with variable orifices reduce the droplet size without changing the flow rate and can even be adjusted to a wider range of 259.3 %. The devices were fabricated by the 3D-printed soluble mold technique to achieve a fully 3D structure within a single body of polydimethylsiloxane that is unattainable by conventional standard microfabrications as well as a non-bonding structure without any leakage.

     

微位移驱动器在止推油膜轴承中的应用

针对止推油膜轴承的偏载问题,研究了微位移驱动器在止推油膜轴承中的应用。通过理论计算得到油膜厚度、压力和温度分布,分析了止推轴承油膜厚度的变化对载荷与温度的影响。设计了一种超磁致伸缩微位移驱动器微位移驱动器,并建立了杠杆试验机测试其静态位移输出特性,证实超磁致伸缩微位移驱动器具有与润滑膜厚同一数量级的位移输出,可应用于止推轴承油膜间隙的主动调节,均衡瓦块间载荷并降低温升。利用超磁致伸缩微位移驱动器微位移驱动器设计了一种新型结构的可自动调节间隙的止推油膜轴承,并建立了用于测试该新型轴承的止推轴承实验台。     

Design of elliptically-vibrating ultrasonic actuator for nanocoining

Nanocoining is a method of rapidly creating a cylindrical mold surface covered with features smaller than the wavelength of light. This mold can then be used in a roll-to-roll process to make surfaces whose functionality depends on the wavelength of the illumination. The die replaces the typical diamond tool used to produce overlapping grooves for applications such as reflective signs. The die has a face area approximately 20 μm² that has been patterned in an FIB. It is mounted on a 2D ultrasonic actuator and follows an elliptical path that matches the surface speed of the moving workpiece during the short contact time and creates approximately 6000 features per impact. The spacing of die indents is controlled by the speed of the diamond turning machine axes such that a small overlap exists from previous indents as the die spirals around and along the mold surface. Because the die is small, the indentations must occur rapidly to make nanocoining a feasible process. This work focuses on the design and control of a nominally 40 kHz, 2D resonant actuator that is suitable for this process. A controller to automatically track resonance is described to maintain the elliptical motion during indentation. Methods of tuning the behavior of the actuator and maintaining a constant indent depth are proposed. Finally, 500 nm pitch feature indents were created on a brass workpiece at 40 kHz and scanning electron microscope (SEM) images of the features are provided.     

自动离合器液压执行机构正向设计方法

以电控机械式自动变速系统为研究对象,建立了自动离合器液压执行机构的正向设计方法。结合离合器控制策略获取离合器执行机构控制目标;以膜片弹簧载荷变形特性为依据计算出执行机构设计的边界条件;完成了液压执行机构主要部件的参数设计及控制算法的制定。仿真结果表明,所设计的执行机构能够准确快速地跟踪目标接合位移,误差小于10%。     

Precision tracking of a piezo-driven stage by charge feedback control

This paper presents a novel approach for precisely controlling the motion of a piezo actuator embedded in a mechanical stage without using a displacement sensor. A piezo actuator has a high displacement resolution, but the positioning performance is degraded by hysteresis between the applied voltage and resultant displacement. However, an electromechanical model of a piezo actuator suggests that the charge flowing in the actuator is directly related to the dynamic response of the piezo displacement. Therefore, this study directly measured the charge stored in a piezo actuator, and achieved dynamic reference tracking of the actuator's displacement by regulating the charge flowing through the actuator to follow a predefined trajectory.This novel approach requires neither specially designed charge amplifier circuits nor implementation of an inverse hysteresis model. The complete model identification and the digital controller design procedure for a piezo-driven mechanical stage are presented. The charge feedback controller is designed according to the dynamic characteristics of both the actuator and the stage, so that instability is minimized relative to using a charge amplifier. The experimental results confirm satisfactory tracking performance, and reveal the influence of model uncertainties on the system performance.     

基于改变正压力的惯性式压电旋转机构的研究

提出通过机械方式控制压电移动机构和支撑面之间摩擦力的有序变化,形成有规律的新型惯性式压电旋转机构的研究方案。设计了旋转机构的结构模型,分析了机构的运动原理,建立了机构的动力学模型,应用现代控制理论,利用Matlab对机构进行了运动学仿真,得到了机构位移、速度仿真曲线,设计、制作了旋转机构样机,并作了相关的性能测试。仿真分析结果和试验结果表明了运动机理和动力学模型的正确性。     

基于数控铣削的卫生洁具的快速制模工艺

介绍一种基于CAD/CAE/CAM技术的卫生洁具的新的快速制模工艺,在产品三维CAD模型的基础上,采用专业的流体分析软件对其进行冲水性能分析,开发了基于UG的专用的卫生洁具模具设计软件。采用数控铣削技术快速、准确地制出试制品的陶瓷工作模,然后翻制树脂母模。实践证明,新制模工艺不但提高了产品质量,而且可缩短新产品开发时间,使之由原来的6~12个月降低为1个月,产品研发能力大大提高。     

Analysis and design of long-stroke linear actuators

This paper proposes a design method of a long-stroke linear actuator used for vertical lifting. The long-stroke linear actuator is a type of linear actuator that comprises a pair of springs. A spiral spring called “the windup spring” engages teeth on a tooth spring called“ the toothed coil spring”, thereby forming a solid column and transferring a high power and large displacement while stored by a small assembly located at the base of the column. Working performance of the designed linear actuator is verified through simulation and experiments.     

基于电流控制的压电陶瓷驱动电源及其试验研究

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。