大行程柔性铰链Hexapod机构参数优化设计

大行程柔性铰链Hexapod机构的性能很大程度上取决于柔性铰链的性能。同样构型的柔性铰链,行程越大其离轴刚度越低,从而导致大行程全柔性铰链Hexapod机构整体的静刚度和精度下降。讨论了Hexapod机构运动学逆解的求解,包括每个支链的伸缩的长度以及每个铰链的转动角度的求解。在此基础上讨论了大行程全柔性铰链Hexapod机构参数优化设计,使得满足动平台运动空间要求的前提下各个铰链的行程要求最小,并针对设计中的大行程柔性铰链Hexapod机构进行了参数优化设计。     

精密微位移工作台的设计与性能分析

在微位移技术中,柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构.结合精密磨床工作台高精度、高分辨率和大刚度的特点,以及满足工作台的工作行程和进给稳定性要求,设计了宏微两级精密进给机构;建立了柔性铰链导向机构的理论模型并进行刚度分析;详细给出了柔性铰链的参数设计、有限元分析和疲劳寿命分析.     

基于柔性铰链的微位移放大机构设计

为了对柔性铰链进行优化设计,定义了一个新的参数并用它来讨论5种常见的柔性铰链一直梁型柔性铰链、圆角直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、抛物线型柔性铰链和双曲线型柔性铰链.首先建立了一个柔性铰链的有限元模型并用理论分析验证它的正确性.由于刚度是影响柔性铰链性能的最重要的参数,定义了一个参数λ--柔性铰链凹口处长与宽的比值.然后通过有限元分析得出5种柔性铰链刚度比值ε的曲线,并且基于此比值设计了一个压电致动器的微位移放大机构.本文的设计方法以及刚度比ε有助于我们设计这一类型的微位移放大机构.     

精密微位移工作合的设计与性能分析

在微位移技术中，柔性铰链是实现微位移和高分辨率的理想机构。结合精密磨床工作台高精度、高分辨率和大刚度的特点，以及满足工作台的工作行程和进给稳定性要求，设计了宏微两级精密进给机构；建立了柔性铰链导向机构的理论模型并进行刚度分析；详细给出了柔性铰链的参数设计、有限元分析和疲劳寿命分析。     

基于椭圆形柔性铰链的串联柔性机构设计与应用

为提高精密定位系统的行程,以椭圆形柔性铰链为基本变形单元提出一种大行程串联柔性机构。使用伪刚体模型法对串联柔性机构的运动过程进行了分析,进而建立了串联柔性机构的刚度和最大应力理论模型。采用超声波直线电机作为驱动元件,以单向2.5 mm行程作为设计目标,确定了串联柔性机构的结构参数,有限元分析结果与理论计算结果误差小于5%,证明设计的正确性。在此基础之上,构建了具有毫米行程的定位系统,进行了连续步进实验,实验结果证明使用串联柔性机构可以实现大行程精密定位。     

基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构

基于交叉簧片柔性铰链(简称‘交叉铰链’)设计了一种用于光束跟踪、精密指向和瞄准的同轴八铰微位移放大机构。该机构使用菱形构型,用交叉铰链作集中柔性元件,节点处交叉铰链两两同轴配合使用,以便保证运动的平稳输出。研究了机构的运动学以及力学性能,计算了微位移机构的行程放大比和灵敏度;根据交叉铰链的刚度模型,推导出微位移机构的理论刚度;最后,应用有限元软件对机构进行建模并对运动学、静力学以及动力学性能进行仿真。完成了样机的加工和测试,测试结果显示,机构放大比为1.905,理论与测试误差低于2.2%,结构刚度为18.21N/mm,误差低于0.32%,一阶频率为8.8Hz,误差低于5%。分析结果验证了本设计的可行性和有效性。该机构适用于空间高精度微位移领域。     

不同参数对交叉簧片型柔性铰链刚度特性的影响

在柔性铰链刚度特性分析方面,目前的分析方法大多是针对线性小变形的柔性铰链刚度特性,且没有全面地考虑不同参数对柔性铰链刚度的影响。关于大变形柔性铰链的刚度分析方法的研究也不多见。为了解决大变形交叉簧片型柔性铰链的刚度特性研究方法不足等问题,采用了理论分析、有限元模拟和实验测量3种分析方法,对柔性铰链的刚度特性进行了研究。首先,基于欧拉伯努利梁对交叉簧片型柔性铰链进行了理论分析,建立了非线性大变形力学模型,并用L-M数值迭代法进行了求解,分析了柔性铰链的垂直、水平和旋转刚度,并研究了不同几何参数和载荷对刚度的影响;然后,选择了7组不同柔性铰链参数,建立了柔性铰链的有限元分析模型,设计了可调节几何参数和施加复合载荷的柔性铰链刚度特性测量平台;最后,使用理论分析、有限元模拟和实验测量3种方法对柔性铰链刚度特性进行了分析与研究。研究结果表明：3种方法对柔性铰链的刚度分析结果总体的误差小于9%,证明了该方法是有效的;其中,柔性铰链的旋转刚度远小于水平刚度和垂直刚度,且随着载荷的增加产生了非线性;在影响因素方面,水平载荷和交叉系数对旋转刚度影响较大,垂直载荷和交叉角度对旋转刚度影响较小。该研究结果可...     

深切口椭圆柔性铰链优化设计

考虑深切口椭圆形柔性铰链比其他常用的柔性铰链更适用于具有大行程要求的柔性机构,本文对其进行了优化设计。建立了深切口椭圆形柔性铰链的刚度模型,探讨了结构参数对其转动刚度的影响。分析了深切口椭圆柔性铰链的柔度矩阵,利用Newton-cotes求积公式简化了柔度系数的计算,在此基础上构建了多目标加权优化模型,利用模糊优化设计方法对各结构参数进行了优化设计。优化结果表明:绕Z轴旋转的角位移提高了16.72%;绕Y轴旋转角位移下降了16.01%;沿X轴、Y轴和Z轴产生的线位移分别下降了10%、29.33%和51.84%。数据显示:经过优化的柔性铰链在所期望的Z轴方向上的转动能力得到了提高,同时抑制了其他方向上的运动能力,从而提高了柔性铰链的整体运动精度和结构柔度,可用于高精密、大行程光波导封装定位平台。     

圆弧柔性铰链的优化设计

柔性铰链是高精度柔性机构的关键部件,其运动精度与运动范围影响着柔性机构的性能,本文对圆弧柔性铰链进行了柔度矩阵推导,并依据柔度方程进行优化设计。采用结构矩阵法建立了圆弧柔性铰链的柔度方程,对矩形截面的翘曲抗扭刚度进行推导,得到了约束扭转状态下的扭转柔度近似方程。为相对长度较小铰链的扭转刚度精确求解提供了依据。对比理论计算结果与有限元分析结果,结果显示扭转柔度的最大相对误差在10%左右,其余方向柔度相对误差低于6%,验证了柔度方程的准确性。采用正交试验直观分析法得到柔性铰链各设计参数对转动刚度的灵敏度,并利用多目标遗传算法对柔性铰链的转动柔度以及轴向刚度两个目标进行了参数优化。通过优化结果与设计经验选取参数的对比,发现优化后圆弧柔性铰链的弯曲柔度提升了5.12%,同时铰链的轴向刚度提升了4.72%,证明针对圆弧柔性铰链的优化设计具有明显效果。     

单轴柔性换向机构刚度分析

针对某些场合由于空间有限需要换向的情况,设计了一种单轴柔性换向机构。基于线弹性及小变形理论,推导了圆弧形柔性铰链平面内柔度矩阵各参数的解析计算公式,得到了圆弧形柔性铰链的平面内柔度矩阵,计算出了柔性换向机构内柔性铰链的柔度矩阵,并通过有限元软件对该计算结果进行了验证。推导出了柔性换向机构的刚度以及传动比,并通过有限元软件和实验对该计算结果进行了验证。结果表明:在柔度矩阵各项参数的解析值与有限元仿真值之间的相对误差中,除c22项误差较大(-11.84%)以外,其他项误差均在4%以内;柔性换向机构刚度及传动比的解析值与仿真值之间的相对误差分别为-3.31%和5.27%;柔性换向机构刚度及传动比的解析值与实验值之间的相对误差分别在6%与11%以内。     

三角形柔性铰链的建模与分析

作为一种旋转单元,三角形柔性铰链可以组合为性能更加优良的柔性模块或柔性机构,如车轮形铰链、蝶形铰链等.建立准确的受力模型,分析其载荷-位移特性成为设计复杂铰链或机构的关键所在.基于近似的悬臂梁模型,建立三角形柔性铰链在同时受到弯矩、切向力和轴向力作用下精确的转角模型.得到未被近似的轴漂计算公式,并根据公式推导实用的轴漂模型.转角和轴漂模型都简洁地表征了载荷一位移关系,最后,通过有限元分析验证了所建立的模型的准确性.     

微机器人中用细钢丝替代球铰链的定位误差

设计的双指微动操作手的本体是基于并联机构的微机器人，其工作盘上装有针状手指。微机器人的传动支接采用柔性铰链微位移放大机构，并用细钢丝代替球铰链。讨论了柔性铰链的定位误差，建立了用细钢丝代替球铰链的设差模型，借助于柔性铰链相对于理想运动轨迹的偏离曲线，对由此引起的定位误差进行了分析计算。     

复合型柔性铰链机构特性及其应用研究

复合型柔性铰链是目前在精密机械中广泛应用的一种新型铰链形式,可作为全柔性和部分柔性机构,应用于存储释放能量以及高频振动等场合.本文概括了复合型柔性铰链的特点,对直梁型、圆弧型和复合型柔性铰链作了分析比较,并采用自由度计算公式,对刚性机构、基于复合型柔性铰链的部分柔性机构和全柔性机构进行了自由度分析,以探讨它们的机构能力和可控性.最后介绍了复合型柔性铰链在微机器人的应用,包括仿生扑翼机构的研制和实验.     

微夹持器的有限元分析

设计了一种基于柔顺铰链的微夹持器。微夹持器采用柔顺铰链为导向机构，为了提高微夹持器的分辨率，采用两级杠杆柔顺机构对输入位移进行放大。建立了系统的理论分析模型，并对其静态特性进行了分析。在此基础上对平台尺寸进行了优化设计，给出了平台尺寸的最优数值结果。最后利用有限元分析软件COSMOS对平台进行静力分析和模态分析，验证设计的正确性和有效性。     

二自由度柔性铰链六杆机构的设计与分析

柔性机构应用越来越广泛,且在很多机械系统中能有效替代某些刚性机构,从而使整个机械系统达到刚柔并济的目的.在研究混合驱动机构和柔性四杆、五杆机构的基础上,对混合驱动六杆机构进行变型设计.首先利用虚功原理建立二自由度柔性铰链六杆机构的伪刚体模型,得出该机构的伪刚体模型的普遍公式.同时,建立了该机构的拟柔性模型,并得出了拟柔性模型的普遍公式.然后对二自由度柔性铰链六杆机构进行了仿真,得出相关数据,建立了相关转角之间的函数关系.并在普遍公式的基础上解出在施加不同载荷下的二自由度柔性铰链六杆机构驱动杆转角的理论值.最后对仿真值与理论值进行了对比分析,证明了理论推导过程的正确性.     

柔性微位移放大机构的设计与动力性能仿真分析

为将压电陶瓷驱动器的输出位移进行放大,根据差式位移放大原理设计了一种新型柔性微位移放大机构。分析了直圆柔性铰链的结构参数对铰链刚度的影响。推导了该机构的位移放大倍数和最大应力的计算公式,并建立了柔性微位移放大机构的动力学模型,得到该机构的固有频率计算公式。利用有限元软件对其进行动力性能仿真分析,分析表明:该位移放大机构设计合理且处于稳定的工作状态。     

柔性构件和柔性机构自由度分析

柔性机构由刚性构件、刚性铰链、柔性构件和柔性铰链4个元素组成,4个元素的不同组合可以得到11种不同类型的柔性机构.文中分析了其中5种常用的结构形式与特征.柔性构件的自由度及其变形规律在机构功能中起重要作用,它们是几何特性、材料特性和载荷特性的函数.在分析柔性构件自由度的基础上,给出了柔性机构的自由度计算公式,并用实例进行了验算.     

单轴对称柔性铰链计算机辅助设计系统

柔性铰链性能的好坏直接影响到微位移机构的精度、稳定性和耐久性.目前微位移机构正在向着高精度、微型化的方向发展,对柔性铰链的性能也提出了越来越高的要求.针对柔性铰链传统手工设计方法费时、费力、且精度不高的缺点,基于Visual Basic(VB)语言开发了一套单轴对称柔性铰链计算机辅助设计系统,圆形铰链实例计算表明:该系统实现了单轴对称柔性铰链设计与校验自动化,大大提高了设计效率和设计质量.计算得到的铰链柔度/旋转精度曲线组,不仅可用于考察符合设计要求的数据组,而且清晰地反映了铰链几何参数与其柔度、旋转精度间的关系,为下一步进行柔性铰链理论分析提供了有力的工具,为可靠、高效微位移系统的建立提供了良好的基础.     

泳动微机器人主体机构放大性能研究

泳动微机器人模仿鱼类游泳的方式驱动。文中利用柔性铰链和差式杠杆放大原理，设计了用于微位移 放大的泳动微机器人主体机构，并且在ＡＮＳＹＳ软件仿真的基础上，对微机器人主体机构的放大性能 进行了研究。研究表明在主体机构中适当减小柔性铰链转角刚度，可以显著改善微位移放大效果。     

直动式压电气动伺服阀阀芯运动系统建模分析

本文主要研究气动控制领域的直动式压电气动伺服阀.阀芯运动机构是该阀设计的核心部分,主要由作为动力源的积层式压电驱动器、柔性铰链微位移放大机构、阀芯、弹性回复机构以及相应的连接件组成.设计基于柔性铰链微位移放大机构的阀芯运动机构,结合有限单元法对阀芯运动机构进行静力学与动力学的仿真分析,验证理论分析,为直动式压电气动伺服阀总体设计以及控制策略的选择提供理论依据.