微电子机械系统的力学特性与尺度效应

针对微电子机械系统（MEMS）材料的力学特性,工艺过程对力学特性的影响以及微执行器、微机器人的尺度效应等力学问题进行了研究。从力学角度提出了硅和常用的薄膜材料作为MEMS结构材料时应遵循的设计和加工原则,并系统地分析、归纳了静电、电磁、压电、形状记忆合金等各种微执行器的尺度效应特征。通过对机器蚂蚁、微型飞机、微型机器鱼等微机器人在微尺度下的动力学特性分析,得到微机器人在尺寸越小时越容易被驱动的结论,为设计和制作微机器人等复杂微系统提供了理论依据。     

基于柔性可控气液界面的微尺度执行器

为了在微尺度范围内实现对目标对象进行柔性施力、推拉等一系列微纳操作,提出一种通过生成控制单个微尺度气泡直接与目标对象进行微纳操作的方法.当用气泡作为执行器对目标对象施力时,由于气体的可压缩性,气泡会被挤压变形,实现了柔性施力的过程.首先通过毛细管连接气泵的方式在液体环境下生成单个微尺度气泡,并定性分析气压法生成控制气泡...     

简单单腿弹跳机器人的尺度效应仿真

微小型弹跳机器人和其他大型机器人相比,有着自己独特的性能,有很大的科研意义和应用价值。提出一种新颖的设计思路,着手对现有弹跳机器人（包括大型机器人）的抽象、分析和仿真,研究机器人的尺度效应对弹跳高度的影响,得到机器人尺寸变化和弹跳初速、弹跳高度、落地时间、落地速度等弹跳性能之间的关系,并讨论弹跳机器人模型是否可以微小化问题,以便对复杂弹跳机器人的微型化和效率的提高提供思路和改进方案。     

机器人末端执行器的系统研究

用系统学观点探索机器人末端执行器构型的确定方法，并对末端执行器进行了系统化研究。     

关于微型齿轮尺度界定的讨论

微型齿轮并非传统宏观齿轮的简单几何缩小,当齿轮微小化后将面临微尺度效应的难题.提出微尺度应该与微尺度效应相对应,对微型齿轮的尺度进行界定,并按尺度对微型齿轮进行分类的观点.以前人的试验和研究的结论为依据,探索将微尺度划分为微小尺度、微细尺度、微纳尺度、超微纳尺度.对渐开线标准直齿圆柱微型齿轮进行尺度界定,按尺度将微型齿轮分为微小齿轮、微细齿轮、微纳齿轮、超微纳齿轮,指出各类微型齿轮在研究设计时应主要考虑微尺度效应.     

金属微成形过程中微尺度效应与相似评估

微尺度效应是金属微成形过程中特有的现象,也是深入研究微成形工艺和微尺度变形规律的瓶颈问题。通过对大量试验结果的分析比较,提出将微尺度效应分为材料本征微尺度效应和工艺条件微尺度效应的新的分类方法;从微成形工艺系统角度出发,分析微尺度效应的动态性和相关性;从本构理论出发,分析产生微尺度效应的原因;在相似性科学的基础上提出了相似精度的概念,作为评估微尺度效应的相似性评价指标,并给出考虑动态性和关联性时的相似精度表述。利用已有的试验数据,举例说明以上评估指标和评估方法的应用,结果表明,所提出的微尺度效应分类具有实际工程意义,应用所提出的评估方法得出的结论与已有试验结果相吻合。这些关于微尺度效应的分类和评估方法还可推广应用到其他微系统的评估中。     

复杂环境下磁弹性微型游泳机器人的路径规划与识别跟踪

磁弹性材料设计的毫米级微型游泳机器人可通过外部均匀磁场实现连续形变来完成游泳动作,通过视觉反馈能提高机器人的路径跟随精度,但在复杂背景下机器人的视觉闭环控制易发生识别错误、跟踪失败等现象。针对上述问题,首先获取复杂环境下的障碍物信息,提出改进RRT*算法(IIC-RRT*)进行路径规划,同时基于环形平滑标签的YOLOv5识别跟踪算法(CSL-YOLOv5),在复杂背景下对微型游泳机器人的中心位置与旋转角度进行实时更新。在此基础上进行微型游泳机器人在障碍物复杂背景下的位置与角度的双闭环伺服控制,试验结果表明,提出的路径规划算法改善了路径生成的效率与平滑性,识别跟踪算法提高了微型游泳机器人的识别稳定性与精确性,为磁控微型游泳机器人在复杂背景下的精确控制提供了新思路。     

微机电系统的尺度效应及其影响

评述了MEMS系统中,尺度效应对材料性能、器件的机械特性、流体系统以及摩擦和粘附等方面的影响,微尺度效应是在微机电系统的设计过程必须考虑的问题,也是MEMS产品从实验室走向市场化商品的关键理论基础。     

国外微型机械及微执行器的研究

由于高新技术的迅速发展,微型机械包括各种微传感器、微执行器和微控制器的研究和为一些尖端技术发展过程中的重要手段越来越受到国际科技界的重视。微型机械多种多样。如可在狭小的空间和危险场所进行维护检查的自行式微型机械、可进入管道、人体腔体甚至血管进行检查和手术的微型机械、扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜上的分辨力以纳米计的微动机构、半导体领域和分子机械领域都出现了很精密的微型机械。国外为了提高微型机械的研究水平,最近还定期举办微型机构和微型机器人的比赛,包括爬山、爬崖和自我表演等项目,由于微型机械都必须有所动作,因此其中的微执行器(micro-actuator)最为重要,其工作原理多种多样。本文将就微型机械、微执行器的原理和国外的微型机构比赛作一综述。     

基于双机器人装配系统的多功能末端执行器设计

根据翼面类部件装配的特殊需求,设计了一种用于双机器人装配系统的多功能末端执行器。阐述了其结构设计及工作原理,并运用DELMIA软件对末端执行器的应用环境进行了仿真,提出了手工装配工装的改进意见。分析表明该末端执行器能够保证双机器人柔性装配系统无干涉地完成翼面类部件的制孔、送钉及电磁铆接等装配任务,可增加飞机装配的效率及质量,具有显著的工程应用价值。     

泳动微机器人推进机理研究

研究了IPMC高分子材料驱动的仿生鱼型泳动微机器人,分析了IPMC材料的弯曲特性、主要研究问题以及鱼类波状运动的机理。该微机器人具有柔韧性好、低电压驱动、良好的响应性能等特点,因此在工业、医疗领域具有广阔的应用前景。     

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。     

毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性

采用单晶片型压电悬臂梁制作了一种双悬臂梁结构的微型夹持器,用作毫米级微型机器人的微操作手.该微夹持器整体尺寸为15mm×2mm×2mm,重量为100mg.在分析该悬臂梁操作原理的基础上,选用PbNi_1/3Nb_2/3-PbZrO₃-PbTiO₃三元系压电陶瓷准同型相界的配方作为悬臂梁压电驱动材料,这种压电陶瓷具有高压电常数 (d₃₁) 和机电耦合系数 (K_p).进一步研究了压电微夹持器的操作特性.结果表明:50V电场下,其最大张口距离可以达到40μm,最大夹持力为25.7×10^-3N.     

泳动微机器人的设计及静力学分析

详细论述了泳动微机器人的设计和加工，并进行了静力学分析和试验。试验证明泳动微机器人已经初步具备了一定的泳动能力。     

微细切削的尺度效应研究

重点阐述了微切削中尺度效应对切削力和加工表面粗糙度的影响 ,通过切削试验测定了在微切削过程中切削用量对切削力和表面粗糙度的作用规律 ,并绘制了相应的曲线。在对数据分析的基础上 ,初步验证了微切削中的尺度效应理论。     

图像缩放算法的研究及FPGA实现

文章首先分析和研究了传统的图像插值算法——基于边缘的图像插值算法和不基于边缘的图像缩放算法的基础上,然后将一种优化的双线性插值算法应用在图像缩放引擎中;其次,在缩放引擎的硬件实现上,采用了两次缩放内核的结构设计了各个子模块电路,并用Modelsim对各个子模块进行了仿真;最后,在Altera公司的FPGA开发板上进行了实现。实验结果表明所设计的定标器显示效果良好。     

冷却水结垢对机械密封的影响及其改进措施

对冷却水结垢导致密封失效的原因进行了分析。结合生产实际,对密封选型进行优化和部分结构进行了改进。改进后的密封经过现场的应用,效果良好。     

尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人自主游动的数值模拟研究中,以鱼体静止为初始条件,通过检验游动过程中的作用力动态修正游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,研究尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响,揭示其推进机理和流场结构。计算结果表明,改变尾鳍运动的相位差和最大击水角度,采用速度收敛算法可以有效地预测仿鱼机器人的稳态游动速度,进而获得尾鳍运动行为与稳态游动的推进力、功率消耗和推进效率的映射关系,三维流场结构清晰地反映了尾鳍运动行为对尾迹结构、尾迹强度的影响机制。研究结果对于预测仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响机制,设计仿鱼机器人的运动参数具有重要意义。     

多关节自主游动机器鱼的设计与控制

为研究机器鱼设计过程中的关键问题(如密封、配重)以及机器鱼控制中的难点(如逼真的模拟鱼的游动),设计了四关节且可以自主游动的鲹科机器鱼研究平台,展示了机器鱼机械结构和控制系统的设计过程。水下实验证明此机器鱼平台可行而有效,能够真实地模拟真鱼的游动姿态和行为,可用于后续研究,如提高机器鱼的游动效率、优化机器鱼的控制算法等。     

热交换器的防除垢技术

基于热交换器污垢的形成机理,阐述了对于热交换器在设计阶段和运行阶段可以采取的防垢、除垢措施,并针对不同类型污垢的具体防垢措施作了详细的介绍;此外,还介绍了目前常用的几种除垢措施的特点,对热交换器的设计、材料的选择以及各种防垢、除垢技术的合理应用具有参考意义。