机械振动对光学系统指向精度的影响

针对机械振动对光学系统性能影响的预测问题，基于矩阵光学和机械振动学理论，建立了振动响应对光学系统性能失调和光束稳定性的分析模型，并以某光学系统为例，给出了数值仿真方法。数值结果表明，仿真模型是合理的，可用于预测评价光学平台机械结构设计的优劣。     

BILL ROPER访谈录——《顶级游戏设计》节选

本书不同于一般游戏设计编程类的“技术型”书籍,而是一本涉及游戏设计技术、开发和产业方方面面问题的著作。本书详细讲解游戏设计的基本知识,以及对于如多人在线游戏和移动电话游戏/无线游戏这些特殊类型游戏设计需要考虑的问题。还讲述了游戏开发团队的分工,以及如何在游戏产业中找到合适工作的问题。另外,本书每一章的后面还都附有一个作者与部分游戏设计大师的访谈录。这些被访对象都是具有广泛游戏设计经验的专家和游戏产业中有影响力的人士,所以他们能给读者提供有关游戏设计和产业的独到和有价值的见解。本文节选自第十章,是作者与大师Bill Roper的访谈录,希望对读者有用。     

柔性二级差动式微位移放大机构优化设计

微位移放大机构常常用来扩大压电陶瓷致动器的行程范围。鉴于差动式微位移放大机构具有"小结构大倍数"的特点,设计了一种新型二级差动式杠杆微位移放大机构。应用矩阵表示法对其进行了运动静力学分析,在此基础之上,以柔性铰链的分布位置及其几何特征参数为优化变量,并以提高位移放大比和减小最大应力为目标函数建立一种双目标优化模型。机构经过优化设计后位移放大倍数高达48倍,并对其进行有限元仿真分析,计算结果为44倍,理论模型与有限元模型的误差小于10%。结果表明：提出的优化模型具有准确性和高效性,同样可适用于其他柔性铰链机构的优化设计。     

光学平台基础振动对激光束瞄准稳定性的影响

在恶劣机械振动环境条件下,如何使光束稳定成为制约光学系统性能提高的技术难题.借助矩阵光学、机械振动学和有限元方法统一处理,建立了光学系统光束稳定性的基础振动响应分析模型,并以某二维光学系统为例,给出了详细的数值仿真方法,并提出了保障瞄准稳定性的若干振动控制措施.增大平台模态阻尼比是减小光束指向漂移有效的振动控制措施,但工程实施能力有限.计算结果表明,对于平台的基础振动,采用柔性支撑隔振可使光束漂移量显著减小;但由于柔性支撑难以抑制平台上的激振源引起的振动,在多种振动存在的环境中,光束稳定控制技术将成为进一步提高光学系统性能的关键技术.     

电活性双稳态机构及其在软体机器人中应用的研究进展

电活性双稳态机构兼具电活性材料的仿人工肌肉快速电致变形能力及双稳态机构在两个位置上精准定位的特性,是新一代具有主动响应能力的机械机构,在航空航天、医疗康复、生物仿生等机器人领域中具有重要的应用前景。综述梳理和分析近十五年内电活性双稳态机构的研究成果,按照运动方式可分成面内运动与离面运动,按照结构设计可分成一体化与非一体化。通过增加额外的机械机构,可将电活性双稳态扩展为三稳态,将静态驱动扩展为动态谐振驱动。基于电活性双稳态机构的软体机器人具有更精准的位移输出和更迅速的运动响应,可实现多物体的自适应抓取、仿生弹舌驱动,变刚度等功能,以及发展具有在陆地、水下和空中的运动的柔性软体机器人。目前的电活性双稳态机构在设计方法、控制机制、稳态状态调控、制造技术中存在诸多前沿问题,需要机械、力学、材料等多学科知识的交叉融合。     

另一类椭圆柔性铰链

本文提出了一类椭圆柔性铰链——深切口椭圆柔性铰链,其切口的宽度为椭圆的短轴,而切口的深度为椭圆的长半轴。基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过引入离心角作为积分变量,推导了计算这类柔性铰链柔度、转动精度和最大应力的计算公式,这些公式具有简洁、规范等特点,非常有利于工程设计中的计算和分析。最后,用有限元分析软件ANSYS分析了多个不同尺寸的椭圆柔性铰链。有限元方法分析结果与此解析计算公式的计算结果与吻合得很好,说明了这些解析计算公式的正确性。研究表明,这类铰链非常适合于要求高精度传动的应用场合。     

基于Ashby图的挠性加速度计材料选择

柔性铰链是挠性加速度计的关键部件,其性能和结构参数直接影响到加速度计的性能。给出柔性铰链的最大应力、转角及沿敏感轴转动刚度的计算公式,结合失效条件给出柔性铰链失效前最大转角的计算公式。当几何参数不变时,柔性铰链在失效前的最大转角与材料的强度和弹性模量之比有关。以构件失效抗力指标为材料选择原则,分析正常工作载荷和过载载荷下柔性铰链的失效,基于Ashby图方法绘制常用工程材料的强度-弹性模量图。结合设计实例,根据柔性铰链的应力、刚度条件及设计目标得到满足设计要求的材料特征,在Ashby图中绘制材料特征对应的曲线,根据曲线的位置选择合适材料加工柔性铰链。     

一种用于狭小操作空间的柔性可回程扳手

棘轮扳手因其可回程特性能够实现连续的装配操作,但其扳手头内部结构复杂且体积较大,难以在狭小空间内进行装配操作,因此提出一种用于狭小操作空间的新型柔性可回程扳手。通过在扳手中引入开口和柔性铰链,并在几何轮廓分析的基础上确定了开口与柔性铰链位置。运用回程过程中相对转动过程的几何约束关系以及旋紧过程中最大旋紧力矩给出柔性铰链及扳手头的关键尺寸的确定准则,实现了类似棘轮扳手的可回程功能,从而使柔性扳手在装配中可以实现连续操作,提高工作效率。柔性扳手结构简单,免于装配,降低了制作成本。进行柔性扳手的样机制作和螺纹紧固件的装配试验,验证了设计的可行性。     

平面柔顺机构的自由度

柔顺机构是一类借助其柔性元素自身的弹性变形来传递运动、力或能量的装置。由于引入了柔性元素,柔顺机构中构件和运动副常常无法严格区分,导致其自由度概念有别于刚体机构的自由度,甚至带有一定的模糊性。在总结柔顺机构的结构和运动特点的基础上,分析确定机构自由度应遵循的基本准则,并给出可用于全面描述柔顺机构的两种自由度的定义(刚性自由度和柔性自由度)和相关推论。通过几种典型柔性元的伪刚体建模的讨论以及相关设计实例的分析,给出一种行之有效的平面柔顺机构自由度的计算方法。     

深切口椭圆柔性铰链

提出了一类椭圆柔性铰链--深切口椭圆柔性铰链,其切口的宽度为椭圆的短半轴,而切口的深度为椭圆的长半轴.基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过引入离心角作为积分变量,推导出了这类柔性铰链的转角、转动精度和最大应力的解析计算公式.这些公式简洁、规范,可用于工程设计中的计算和分析.用有限元分析软件ANSYS分析了多个不同尺寸的椭圆柔性铰链,分析结果与解析计算公式的计算结果吻合得很好.其中转角的最大误差不超过4%,最大应力的最大误差不超过5%,转动精度的最大误差不超过7%,说明了这些解析计算公式的正确性.分析结果也表明,这类铰链非常适合于要求高精度传动的应用场合.