新型三自由度微操作平台的动力学性能研究

提出了一种新型三自由度柔性并联微操作平台,该平台采用压电陶瓷驱动器为驱动装置,以新型二级杠杆放大机构作为放大器来扩大压电陶瓷驱动器的输出行程,在功能上可以实现X轴、Y轴以及Z轴方向的微米范围内移动。首先通过拉格朗日方程建立了该三自由度柔性并联微操作平台的动力学模型,然后计算了该机构的理论固有频率,最后采用有限元软件对该微操作平台进行了模态分析。结果表明该机构的理论固有频率与有限元仿真分析中的第一阶模态结果相比其误差率仅为2.54%,验证了固有频率理论分析的正确性及可行性。     

压电驱动三自由度柔顺精密定位平台研究

设计了一种由压电陶瓷驱动的整体式平面3-PRR柔顺并联定位平台,平台每条支链采用半圆型柔性转动铰链和直角型柔性直线铰链代替传统的转动副和移动副,消除了传统机构的铰链配合间隙和摩擦,通过Ansys软件对两种铰链进行了刚度分析,并在支链的输入端设计了柔性杠杆位移放大机构以提高平台的工作空间。基于“伪刚体模型法”建立了柔顺定位平台的运动学模型,采用Ansys软件对柔顺并联平台进行有限元分析,得到其静力学特性,最后搭建了平台测试实验系统进行了验证实验。通过运动学模型解析结果和有限元仿真结果与实验结果对比,得到在x方向、y方向和转动角φp的最大误差分别为10.81%,9.66%和9.79%,验证了运动学理论模型建模方法的可行性。     

基于柔性铰链的大口径望远镜并联调整机构

为减小地基大口径望远镜在光学追踪过程中重力变形对成像质量的影响,设计了一种基于柔性铰链的高侧向刚度、亚微米精度并联调整机构。首先,介绍了系统组成并针对技术指标的要求,开展了两自由度柔性铰链设计。建立了柔性铰链并联机构的等效运动学模型和刚度模型,搭建了并联机构刚柔耦合运动学仿真系统,分析了柔性铰链对机构精度的影响。最后,搭建实验测试系统,来验证柔性铰链的设计合理性和并联调整平台刚柔耦合运动学分析的准确性。仿真和测试结果表明,柔性铰链转动刚度误差控制在3.54%之内,小位移（微米/角秒量级）运动精度达亚微米量级,大位移（毫米/度）运动精度与仿真结果对比误差控制在微米量级,机构侧向刚度优于60 N/μm,能够满足地基望远镜光学成像的要求。     

3-RRR平面柔性并联机构动力学分析

针对柔性并联机构动力学模型时变、刚-柔耦合、非线性的特点,以3-RRR平面柔性并联机构为研究对象,建立了一种基于有限元法、浮点坐标系和KED法的机构弹性动力学方程。首先,运用有限元法的理论,将机构的柔性杆件划分为一系列离散的梁单元模型,建立梁单元的动力学方程。然后,运用KED法,得到机构的约束关系式和装配关系式,从而得到机构在浮点坐标系下的弹性动力学方程。最后,分别对采用简化KED法和这里方法建立的机构动力学模型进行仿真分析,对比机构动平台的弹性位移/转角曲线和最大应力曲线,验证了这里建模方法的有效性。     

一种新型柔性直线导向机构及其运动精度分析

Roberts机构是一种近似直线机构,由于机构中不存在交叉的杆件,使得它适合应用在一体化加工的柔性机构中,从而设计出大行程高精度的柔性直线导向机构。单个Roberts机构可由四个参数完全决定几何特征,其中轨迹点P的位置参数对机构运动直线度的影响最大。文中通过对Roberts柔性机构的伪刚体模型进行分析,说明了对应某一行程,轨迹点P的位置存在最优解使其运动直线度最高,并给出一种直线度等值线图方法确定最优解的大概位置,最后借助有限元方法进行进一步的优化。单个Roberts机构只能提供点的直线运动,可将两个Roberts机构进行并联得到一个柔性导向机构。本文对这种柔性导向机构进行了设计加工、仿真以及试验,结果表明这类柔性导向机构可以在毫米级行程时,垂直运动方向上的偏移小于1um。     

六自由度并联柔性铰链微动平台的研究

为获得具有运动解耦性的并联2-2-2结构的6自由度微动平台,首先以并联6-PUS 3维平台为原型,用柔性铰链替代球铰,用柔性框架替代直线移动副,设计了并联2-2-2结构的6自由度微操作平台。其次,建立了该微操作平台的位置正反解方程;然后,建立了柔性铰链的刚度模型,以各种强度条件为约束,并利用有限元分析校核了其中的柔性铰链。上述分析证明了该机构的可行性及运动解耦性。     

3自由度精密定位平台的运动特性和优化设计

为了实现3-RRR柔顺并联精密定位平台的精确运动,研究了它的封闭形式精确运动模型和尺寸优化设计。采用卡氏第二定理建立精密定位平台的封闭式柔度模型。根据柔顺并联机构的结构特点,将其划分为3个对称分布的运动支链,并结合铰链的柔度模型和机构力传递关系分别推导出各个支链的刚度模型,整个系统的刚度为所有支链在同一坐标系下的刚度的叠加。建立的刚度模型是以柔性铰链的柔度为变量的封闭形式模型。根据柔度矩阵可得到反映输入位移和输出位移之间关系的雅可比矩阵。理论模型与有限元分析的比较结果显示,两者所得的运动模型误差为1.0%～9.5%,证明了所推导运动模型的正确性和精确性。根据雅可比矩阵的封闭公式,分析其对结构参数的灵敏度,并由此选出对平台运动特性影响较大的优化设计变量。提出以最大化平台工作空间为目标,以铰链强度、最大输入力、几何尺寸和输入耦合为约束的优化模型。结果表明,优化后的结构参数能获得更大的输出位移,说明该方案能满足优化设计要求。     

利用正交位移测量系统进行六自由度并联机构参数标定

为了简化六自由度并联机构的参数标定过程,提高标定效率,降低标定成本,提出了基于正交位移测量系统的位姿测量装置及方法。首先,研究了该装置的位姿解算方法,利用空间解析几何的方法,求解其运动学正解与逆解。其次,利用微小位移合成法,建立了并联机构及正交位移测量系统组合体的误差模型。然后,基于误差模型,构建了组合体参数误差辨识的最优化问题数学模型,其中,传感器示值的平方和最小为目标函数,组合体的结构参数误差为设计变量。最后,利用正交位移测量系统对六自由度并联机构位姿进行测量,利用OASIS奥希思软件直接搜索出参数误差最优解,将其补偿到并联机构控制系统中,完成并联机构的参数标定。标定前后位姿误差对比表明:最大位置误差降低了58%~96%,最大姿态误差降低了92%~97%。利用正交位移测量系统进行并联机构参数标定,不仅可有效提升并联机构的定位精度,还可有效简化标定工作,提升标定效率,降低标定成本。     

一种新构型3-RRRRR并联微动机构的研究

基于3-RRRRR并联机构提出了一种由压电陶瓷驱动的新构型并联微动机构,推导出了单个柔性转动副的转角公式和驱动力公式,得到了输入驱动力和机构末端输出位移之间为线性关系,进而得到机构最大驱动力和工作空间;同时得到输入电压与输出位移之间也为线性关系,制作了3-RRRRR并联微动机构实验样机,并进行了实验测试,研究结果为该并...     

平面2-DOF冗余驱动并联机构弹性动力学分析

建立了平面2-DOF冗余驱动并联机构弹性动力学模型。首先,将机构系统的6个连杆视为6个柔性杆件单元,考虑柔性杆件纵向位移、横向位移和扭转变形,基于有限元法和拉格朗日方程建立了机构6个柔性杆件单元的弹性动力学模型;其次,根据转动副的约束特点及各分支与输出轴的约束关系,得到系统的弹性动力学模型。然后,将理论计算与脉冲激振法试验得到的机构在不同位置时的固有频率进行对比,验证了系统弹性动力学模型的正确性。最后,基于系统的弹性动力学模型,得到了机构1阶固有频率随机构杆件截面尺寸参数变化的规律,在此基础上,给定末端运动轨迹,分析了机构在不同杆件截面尺寸及加载情况下的动态响应,为机构杆件结构参数优化设计奠定基础。     

机械科学技术与我国经济发展和社会进步

介绍了当代机械科学技术的发展特点与趋势,我国机械科学技术和机械工业发展现状以及科研中存在的主要问题,并指出我国机械科学技术和机械工业发展的对策。     

热式质量流量计(控制器)的使用和维修

以北京建中机器厂生产的热式质量流量计（控制器）为例，介绍热式质量流量计（控制器）的一般选择方法和正确使用程序，并且对使用中的注意事项做了较详细的说明。最后列举了使用中的常见故障、故障原因和处理方法。     

压电驱动与控制技术的发展与应用

压电驱动器是利用压电体逆效应形成机械驱动或控制的一类装置。由于压电体具有反应快、精度高和抗干扰等优点,因而由其所构造的驱动与控制装置结构简单、反应敏捷,受到国内外科学家的广泛关注。目前已被开发出的压电驱动与控制装置主要有超声波电动机、精密驱动器等,并在国防、生物医学、光电子等诸多领域获得成功应用。介绍国内外压电驱动与控制技术领域的研究现状及实际应用情况,给出一些具有代表性的机构实例,同时对相关性能做出评价。     

压铸技术及压铸合金的发展与应用

简述了压铸发展的历史及压铸技术的发展状况。叙述了压铸铝合金、镁合金、锌和锌铝合金的研究开发与应用状况,分析了压铸合金有待进一步研究开发的问题     

汽轮发机组状态监测与故障诊断系统的研制及其应用

介绍了一套汽轮发电机组状态监测及故障诊断系统ＭＭＭＤ－ⅢＡ，该系统使用了微机ＳＵＮ－２８６及ＳＴＤ总线工业控制机系统Ⅱ－５Ａ，实现了信号采集、信号处理、数据存储、报告、报警、自检、黑匣子及故障诊断等功能，最后给出该系统在电厂的应用实例。     

MULTI-SCALE AND MULTI-PHASE NANOCOMPOSITE CERAMIC TOOLS AND CUTTING PERFORMANCE

An advanced ceramic cutting tool material Al2O3/TiC/TiN (LTN) is developed by incorporation and dispersion of micro-scale TiC particle and nano-scale TiN particle in alumina matrix. With the optimal dispersing and fabricating technology, this multi-scale and multi-phase nanocomposite ceramic tool material can get both higher flexural strength and fracture toughness than that of Al2O3/TiC (LT) ceramic tool material without nano-scale TiN particle, especially the fracture toughness can reach to 7.8 MPa·m0.5. The nano-scale TiN can lead to the grain fining effect and promote the sintering process to get a higher density. The coexisting transgranular and intergranular fracture mode induced by micro-scale TiC and nano-scale TiN, and the homogeneous and densified microstructure can result in a remarkable strengthening and toughening effect. The cutting performance and wear mechanisms of the advanced multi-scale and multi-phase nanocomposite ceramic cutting tool are researched.     

蜗线齿轮及其共轭齿轮的几何分析与仿真

蜗线齿轮是一种节曲线向径按余弦规律变化的新式齿轮。为了选择合适的切齿方案和切齿刀具,实现齿轮不同的数控加工方法,对该蜗线齿轮及其共轭齿轮进行理论分析和计算模拟。根据新式齿轮的节曲线曲率半径公式,给出节曲线凸凹性的判别式;由齿形法线在节曲线上的分布规律,用解析法建立齿形渐屈线方程;基于齿形上任一点的向径与节曲线向径的几何关系,由节曲线方程推导出了齿形方程。并由所建立的方程进行了蜗线齿轮及其共轭齿轮的渐屈线及齿形的图形仿真,为新式齿轮的开发应用提供了理论依据。应用该理论设计、加工的齿轮已用于生产实际,性能良好。     

载药纳米颗粒与血管支架自装配机理和方法

在综合分析微器件三维自装配研究成果的基础上,指出目前研究方法在纳米级微器件三维功能结构自装配中存在的问题,提出综合应用介电泳动、毛细作用和疏水性等微观作用力,实现载药纳米颗粒与血管支架的自装配,并对实现自装配所涉及的介电泳力和毛细力的控制机理和方法、载药纳米颗粒药物的选择和制作、裸支架本体结构的优化设计以及自装配实现工艺流程等关键技术进行了研究,给出了自装配的实现工艺平台以及相应的电场空间分布仿真结果。上述研究成果为最终研制纳米颗粒载药涂层支架提供了可行的方案。     

制造技术的历史回顾与面临的机遇和挑战

从社会发展、科学技术物化、工业支柱和制造系统等方面论述了制造技术的永恒性。从制造技术概念的扩展、制造技术的综合性、信息技术、工具、精密工程和纳米技术等方面分析了现代制造技术的特点。最后,从传统技术与高新技术关系、结合行业产品需要、创新、体制改革、现代制造技术发展方向、世界制造中心前景和人才培养等方面阐述了制造技术面临的机遇与挑战。     

QUANTITATIVE AND QUALITATIVE MODELS FOR FAULT DETECTION AND ISOLATION

This paper develops a unified view of model-based approaches for fault detection and isolation (FDI), taking as a guideline the different levels of the knowledge available about the monitored system. Two functions of the FDI process are distinguished, namely alarm generation and alarm interpretation. The numerical and the qualitative model-based approaches are discussed with respect to these two functions.