生物墨水挤出打印成型精度评价方法概述

为了推动挤压生物3D打印结构精度的提升，介绍了以水凝胶为代表的生物墨水挤压打印原理及相关数学模型.针对打印精度的影响因素，从结构设计、生物墨水特性、打印设备及工艺参数三方面进行系统分析，总结各参数对打印精度的作用.按照定量评价方法所涉及参数的维度归纳总结并分析不同方法的优缺点，从仿真预测、克服材料力学行为、辅助打印等方面提出研究思路，为后续挤压生物3D打印技术的进一步发展提供参考.     

基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人设计

为提高伸缩式管道机器人的负载能力,研制一种基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人,牵引力不受限于某一固定摩擦力,可随外载荷的增大而增大。应用分析力学原理导出单向锁止机构各参数应满足的关系式,并给出可适应管径变化的凸轮轮廓设计方法,计算出移动机构系统的响应时间,提出一套系统的管道机器人设计理论方法。利用提出的设计方法研制试验样机,并在管道中成功进行一系列试验。研究成果提升了伸缩式管道机器人的负载能力与管道适应性,完善了基于自锁原理伸缩式管道机器人的设计理论。     

导引头伺服机构的结构非线性动力学特性研究

基于Hertz接触理论,建立了表达角接触球轴承非线性刚度的二自由度矩阵模型;以导引头伺服机构为对象,建立了导引头陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程;借用经典数值算法的思想,提出了一种求解陀螺装配结构六自由度非线性运动微分方程的四阶Runge-Kutta算法,并对陀螺支架的非线性动力学特性进行了虚拟扫频分析。研究发现,由于角接触球轴承接触刚度的非线性,陀螺支架的谐振峰分布在扫频的所有频率范围(0～500Hz)内,而增大装配预紧力却可以提高陀螺装配结构的谐振频率,减少谐振峰的出现频次,故工程上可通过调节装配预紧力来抑制谐振峰值。     

一种多姿态便携式履带机器人传动和结构设计

提出了一种新型4自由度便携式履带机器人结构设计方案.机器人采用三段式模块化设计,可迅速拆卸,适合单人携带和进行维护;机器人具有良好的机动性能,在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势.介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现,并围绕传动设计和结构设计两大方面,对机器人的传动结构布局、传动实现、模块化结构设计、抗冲击结构设计等内容进行了详细阐述.     

一种多姿态便携式履带机器人运动设计及分析

基于未知环境下对机器人运动性能的研究需要,提出了一种新型四自由度便携式履带机器人设计方案,应用模块化设计方法,该方案采用三段式运动结构,使机器人具有良好的路面自适应能力;通过对左右两段的主动配置后,机器人的越障高度、跨沟宽度、攀爬台阶等移动性能明显增强.对其结构组成、运动原理、运动特点进行了介绍及总结,并研究了机器人的运动过程,对其各项运动参数进行了详细的数值分析.     

多运动态便携式机器人抗摔性能的虚拟试验分析

基于动力学软件ADAMS和有限元软件ANSYS,提出一种机器人抗冲击性能的虚拟实验方法,对机器人的抗冲击性进行定性分析和定量分析。基于虚拟样机对机器人碰撞过程进行虚拟实验,通过虚拟传感器检测机器人与地面产生的碰撞力以及子结构之间的相互作用力,获取其力的时域信息。再以有限元分析软件应用为基础,分析子结构在强冲击载荷作用下的应力和应变的分布及变化,确定机器人抗冲击性能的薄弱环节。利用虚拟试验方法对机器人的翼板单元的抗冲击性能进行分析。结果表明,机器人在跌落高度为3m时,前后翼板抗冲击性能良好,证明虚拟试验的方法具有实时、高效和可重复的优点。     

封面图片说明

正封面图片来自本期论文"多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计",是国防科技大学机电工程与自动化学院智能机械实验室设计的可重构轮履复合式移动机器人示意图.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,通过并联四连杆机构可以实现轮式、履带式、翻转式3种运动模式的转换.左图是机器人的设计模型,中间图是3种运动形态的三维效果图,右图是3种运动状态     

扭簧加载双片齿轮消隙机构综合啮合刚度

扭簧加载双片齿轮消隙机构(简称消隙齿轮)通过消除或控制回程误差来提高系统的传动精度,对其动态特性的研究具有重要意义。着重分析重合度1 2的消隙齿轮机构啮合点的周期性变化规律,确定任意时刻各啮合齿轮副的单双齿啮合状态,以及基于对称性的正反转之间的转换关系,保证正反转计算的衔接性,有利于进一步研究系统扫频谐振特性;在此基础上引入基于Hertz接触理论及有限元计算结果的啮合刚度计算公式,建立消隙齿轮机构综合啮合刚度模型;通过数值计算,分析扭簧刚度以及各齿轮参数的变化对机构综合啮合刚度的影响,结果表明:在不发生轮齿脱离的啮合状态下,消隙齿轮机构不仅能够消除回差的影响,提高传动精度,而且综合啮合刚度较之于普通齿轮传动啮合刚度有所提高,并且通过优化齿轮参数可以进一步提高系统综合啮合刚度。     

基于星点图椭圆度分布的光学系统装配误差计算方法

计算机辅助装调技术的出现大大降低了光学系统装调的难度,但是目前提出的大部分装配误差计算方法都基于波像差系数,在应用过程中还需要额外的波前传感器。基于星点图在不同视场中的椭圆度分布,提出了一种不依赖于波前传感器的装配误差计算方法,该方法只需要CCD或CMOS等图像传感器即可实现光学系统的装配误差计算。基于矢量像差理论推导了该方法的理论基础,采用椭圆度参数量化了装配误差对星点图的影响规律,揭示了椭圆度分布与装配误差之间的非线性函数关系,在此基础上,以多视场下的星点图椭圆度分布为优化目标,将光学系统的装配误差求解问题转化成多目标优化问题,可通过智能优化算法进行求解。以Hilbert 两反式光学系统为例,基于三个视场的椭圆度分布计算次镜的四个侧向装配误差,仿真结果表明该方法的计算精度可达微米级,满足实际装调需求,验证了该方法的正确性,对促进计算机辅助装调技术的工程化应用具有重要意义。     

Unilateral self-locking mechanism for inchworm in-pipe robot

A unilateral self-locking mechanism (USM) was proposed to increase the tractive ability of the inchworm in-pipe robots for pipeline inspection. The USM was basically composed of a cam, a torsional spring and an axis. The self-locking and virtual work principles were applied to studying the basic self-locking condition of the USM. In order to make the cooperation between the crutch and telescopic mechanism more harmonical, the unlocking time of the USM was calculated. A set of parameters were selected to build a virtual model and fabricate a prototype. Both the simulation and performance experiments were carried out in a pipe with a nominal inside diameter of 160 mm. The results show that USM enables the robot to move quickly in one way, and in the other way it helps the robot get self-locking with the pipe wall. The traction of the inchworm robot can rise to 1.2 kN, beyond the limitation of friction of 0.497 kN.