变刚度机构及其在协作型机器人中的应用

协作型机器人被广泛应用于自动化和物料搬运。为承载有效载荷并实现精确运动,协作型机器人需要具备足够的刚性。此外,为满足人机交互的安全性,协作型机器人还需要具备足够的灵活性,变刚度机器人则同时满足了安全性与刚性的要求。该文首先介绍了变刚度机器人的相关研究和几种基于机械结构的可变刚度方法,并对其工作原理进行分类;然后根据刚度范围、刚度比和响应时间等标准,对现有方法进行定量比较,简单总结各种方法的优缺点,并介绍了相关变刚度机构在协作型机械臂和抓手中的应用。     

汽车车身静态刚度测量

针对目前我国汽车车身刚度检测设备的落后现状,采用现代微机检测与控制技术开发了一种新型的汽车车身静态刚度测量系统;该系统采用精密测量技术,用DSP2407采集多路数据,并利用工业控制计算机进行数据处理,在线检测汽车车身的刚度状况并以红旗轿车为例,对其白车身进行弯曲变形和扭转变形试验,检测汽车车身的刚度状况;该项目填补了全自动检测汽车车身静态刚度的空白,为国内首创.     

非承载式SUV白车身结构分析及优化

以某全新开发的SUV非承载式车身为研究对象,建立V91车身有限元模型,并进行模态分析.为使车身1阶模态满足目标值要求,对车身进行灵敏度分析和截面刚度分析,并提出改进方案.经过优化,车身的1阶弯曲模态提升7.8%,1阶扭转模态提升25.7%.研究结果可为企业研发非承载式SUV车身提供参考.     

压力闭环下的轧机变刚度控制

指出了在压力闭环下进行变刚度控制的必要性 ,从轧机变刚度定义出发提出了压力闭环下变刚度控制的基本方程 ,给出了压力闭环下 BISRA、厚度计型和动态设定型变刚度控制模型 ,并对其相互关系进行了分析讨论     

基于Abaqus的汽车天窗顶盖刚度分析

汽车外板的抗凹性能是反映外板使用性能的重要特性.应用CAE技术分析某车带天窗顶盖的刚度.考虑材料、几何和边界的复杂非线性以及模拟天窗的夹紧,用Abaqus隐式弧长算法对某车型开天窗后的顶盖的抗凹性能进行模拟分析.对顶盖的抗凹性分析和评价为设计工程师提供重要参考.     

力平衡加速度计的刚度耦合特性

通过分析力平衡加速度计的工作原理,运用解析法推导出输入惯性力与质量块位移的关系,指出加速度计的工作过程包括刚度"刚化"与刚度"软化"2种状态,有别于开环加速度计仅涉及刚度"软化"状态.以质量块位移的静电刚度与机械刚度之比作为结构的刚度耦合值,分析表明:加速度计的"刚化"与"软化"的分界点是耦合值为零的位置,而"正"刚度与"负"刚度的分界点是耦合值为-1的位置.耦合曲线的尖锐程度反映了质量块的允许位移大小和耦合的非线性度,刚度耦合的幅值越大,耦合曲线越尖锐,非线性度越大,质量块允许位移反而越小.     

基于变刚度驱动的下肢外骨骼

针对传统刚性驱动的外骨骼在复杂人机交互环境中柔顺性不足、无法保证人体安全等问题，设计一种变刚度下肢外骨骼用于康复训练。提出了一种可重构的变刚度原理，通过调整关节弹簧的预紧力来实现关节刚度的改变，同时通过滑轮组的重构来增大外骨骼的刚度调整范围。基于所提出的可重构变刚度原理，设计了用于驱动外骨骼主动关节的变刚度执行器，并进一步设计了变刚度下肢外骨骼的机械结构。建立了外骨骼的理论刚度模型，并对其刚度特性进行了仿真分析。搭建了变刚度下肢外骨骼的试验平台，对样机的刚度特性进行了试验验证。结果表明，试验得到的刚度曲线与理论模型吻合。基于变刚度驱动的扭矩-偏角特性，提出一种无交互力传感器的外骨骼行走跟随控制方法，并在不同速度下进行了行走跟随试验。试验结果表明，外骨骼与人体的最大交互力矩为0.8243 N·m，证明外骨骼可以跟随人体运动。     

新型低刚度减振轨道特性研究

为减小轨道交通对沿线的振动影响,提高轨道结构的减振性能,提出新型低刚度减振轨道设计方案.新型低刚度减振轨道与现有的减振轨道相比,具有更小的垂向刚度,从而降低轨道结构固有频率,提高减振性能.新型低刚度减振轨道的低刚度是由新型隔振器提供的,隔振器的弹性元件由金属橡胶元件和碟形弹簧元件构成,利用正负刚度并联的原理减小工作区间的刚度.通过ANSYS有限元软件对轨道结构和隔振器力学特性进行仿真分析,得到了不同轨道结构的结构特性和不同工况下隔振器的工作范围.结果表明,梯形轨枕结构具有较好的平均载荷的能力,证明设计的隔振器工作区间基本合理.可为低刚度减振轨道的进一步研究提供了科学依据.     

仿猫类落地姿态的准零刚度隔振器

对设备加装隔振装置是保证其高效工作的重要方法之一.本文从仿生学的角度,根据猫科动物落地时优秀的抗冲击能力,通过观察其落地动作姿态,利用非线性补偿原理,以空气弹簧作为正刚度结构,设计出一种具有非对称刚度特性的高静低动刚度隔振器.以其为研究对象,建立了动力学模型,利用特定的方法对非对称刚度系统进行分析求解,并与数值结果和有限元仿真结果进行对比.结果表明,在较低阻尼以及较高激励幅值下,还会出现倍周期响应甚至混沌响应.同时,通过将本文设计的隔振结构和单一空气弹簧的隔振性能对比,可以得到隔振效果明显优于单一空气弹簧的结论,从而验证了所设计隔振结构的有效性和可行性.     

新型工业机器人结构设计及其全域刚度预估方法

设计了一种新型5自由度无间隙传动工业机器人结构,机器人机械臂采用平行四边形框架及电动缸对角驱动的桁架式结构,有利于提升机器人的综合刚度．腰部和腕部采用双电机驱动主从消隙控制消除传动间隙,臂部电动缸的滚珠丝杠副通过双丝母预紧消除反向间隙,实现机器人无间隙传动．根据机器人外部载荷和基于能量法计算的机器人末端变形建立机器人全域工作空间刚度预估模型,通过机器人的整机刚度有限元仿真结果及原理样机的实验结果验证了刚度预估模型的有效性．最后,分析了机器人的刚度分布特性并与Fanuc S900iB/400工业机器人进行了刚度比较,结果表明了本文机器人结构的刚性优势．