光学头三维悬线式力矩器的高次谐振

研究了分布在聚焦和循迹特性曲线上的高次谐振。对高次谐振的产生机理、物理模型、模态分布和测试方法等进行了研究。根据三维力矩器实际受力状况建立了低转角转动物理模型。利用有限元法分析计算了三维悬线式力矩器的模态分布和振型。介绍了高次谐振的测试方法,并对存在装配误差的力矩器进行实测。测试结果表明:不良力矩器往往在聚焦特性曲线上存在1 700 Hz左右的俯仰共振,在循迹特性曲线上存在4 800 Hz左右的偏转共振,其结果和有限元分析结果一致。结果还表明:高次谐振是光学头三维力矩器的固有属性,抑制高次谐振需要有效减小三维力矩器的装配误差。     

光学头力矩器悬线对其低频灵敏度的影响分析

力矩器低频灵敏度是决定激光头读碟快速性的关键参数,在力矩器处于低频工作状态时测量得到的,其值反映力矩器的起振工作性能。在分析悬线式力矩器运动机理的基础上,对力矩器悬线进行了数学建模与实验分析。介绍了力矩器低频灵敏度的测试方法及测试仪器,并对不同悬线刚度的力矩器样品进行实际测试。测试结果表明:悬线式力矩器悬线刚度越大,其低频灵敏度越低。实验结论对悬线式力矩器的设计、生产和评价都有重要的指导意义。     

波导多层光盘读出系统二维力矩器Ansys分析

波导多层光存储技术是光存储领域的前沿课题。针对设计要求计算出所要设计的二维力矩器的各项参数,在计算机中建立相应的模型,通过编程模拟出该二维力矩器的受力情况及计算出各阶频率。其一阶共振频率对实际运用是非常重要的参数之一,通过有限元分析软件Ansys的运用,得出该二维力矩器的伯德图,在图上查出聚焦及循迹方向一阶固有频率对应的值,与行业标准(草案)进行比对,验证该二维力矩器的参数设定是符合标准的。     

用于蓝光光学头的力矩器的动力学特性分析

作为光学读取头中的最终执行部件，力矩器在驱动电流的作用下带动物镜上下运动，高频动态跟踪光盘上信息坑位置的高频小幅移动。力矩器的动态性能直接决定着聚焦伺服和循迹伺服的精度，也就决定着光学头的读盘性能。本文结合蓝光光学头这一项目，针对用于蓝光光学头中的力矩器，用有限元方法进行了动力学仿真分析。首先建立了力矩器的有限元模型，设置材料参数并划分或建立单元；接着进行了力矩器可动部的模态分析，并对几种特定模态进行了阐述；然后进行了力矩器可动部的谐响应分析；最后给出了实验测试结果，验证了仿真模型的有效性。     

用有限元和灵敏度分析法改善 光学头力矩器高频动态特性

在分析了力矩器高频共振机理的基础上,通过有限元仿真分析,研究了影响力矩器高频动态特性的因素。采用有限元仿真和灵敏度分析相结合的方法找出各影响因素的贡献率,优化了结构设计参数。结果表明:聚焦和循迹方向的二阶共振频率分别提高了6.6%和17.5%,明显提高了力矩器的高频动态性能。该方法可以广泛应用于其它优化设计领域。     

RV减速器中针摆传动等效扭转啮合刚度分析

针对RV减速器中的针摆传动,建立了一种考虑摆线轮齿廓曲率半径变化的等效扭转啮合刚度计算模型,分析了输入力矩的变化对针摆传动等效扭转啮合刚度的影响。基于Hertz公式,推导了RV减速器中摆线轮与单个针齿啮合刚度随啮合点位置变化的函数关系式,利用摆线针轮传动模型计算实际参与啮合的齿数,进而建立针摆传动等效扭转啮合刚度模型。通过MATLAB软件对模型进行数值仿真,分析了3种不同输入力矩条件下等效扭转刚度曲线的变化规律,分析结果对RV减速器动力学模型研究有一定的理论和工程价值。     

挖掘机工作装置的空间力学分析方法

普通挖掘机加装倾斜旋转器后,铲斗等属具不仅具有工作装置平面内的运动,且有偏离平面内的运动,从而挖掘机工作装置不再是平面运动机构。另外,以往对挖掘机工作装置力学分析时是将横向力和切向挖掘力分开考虑,而实际工作中挖掘力是一个三维力,特别是加装倾斜旋转器后。为此,根据理论力学中空间力系平衡和矩阵理论的运算法则,采用划分杆组法,建立安装倾斜旋转器后的挖掘机工作装置力学模型,通过理论推导,得到一种能适用于空间受力分析的计算方法和计算流程,以解决挖掘机工作装置中不同部件受力分析问题。通过计算铲斗杆组的铰点力并与传统平面受力分析结果比较,结果表明,该计算方法正确,且能兼容平面受力分析。     

一种减小微机械加速度计振动偏移的方案

为降低敏感元件对称性较差的微机械加速度计的振动偏移,对加速度计振动偏移产生的原因和抑制方案进行研究.首先,分析了系统学模型,并得出对于不对称的敏感元件采用对称的电容检测电路时,检测电路输出和敏感元件动极板位移关系函数中存在明显偶次项系数,进而造成振动零偏;其次,讨论了力矩器的非线性,通过理论分析得出,外加静电力等效对称方案无法抑制力矩器环节的振动偏移,提出了敏感元件等效对称补偿方案以及静电力发生器等效对称化方案,通过理论分析得出该方案大大降低了敏感元件不对称带来的振动偏移;最后,对静电力对称方案和等效对称补偿方案进行了对比试验.试验结果表明,对于对称性较差的敏感元件,等效对称补偿方案在保证线性度的同时,大大减小了振动时输出均值的偏移.     

气动肌肉关节的刚度分析及变刚度运动控制

根据人腿髋关节、膝关节骨骼结构及拮抗肌肉运动发力特点,设计一种拮抗气动肌肉驱动的仿生单腿机器人;由三元素模型求单根肌肉及关节摆动下被动刚度特性,分析关节角度/刚度关系;为实现仿生腿膝关节刚度可控的角度控制,建立仿生关节关于角度/刚度的基本气压解算模型;基于计算力矩控制对非线性对象具有高度补偿线性化性,提出含力矩项补偿的改进气压解算模型。搭建仿真及样机实验平台,结果表明,含两种气压解算模型的双闭环控制算法均能较好跟随膝关节角度/刚度,含带力矩项补偿模型的双闭环控制算法对膝关节的角度/刚度控制精度优于含基本模型的双闭环控制算法。该算法适用拮抗气动肌肉关节的类人运动,可满足人机协作时可靠性、柔顺性、仿生性等要求。     

三悬线式光学头力矩器低频特性分析

光学头力矩器是BD/DVD系统最重要的部件之一,其力学特性决定着光学读取头的性能。力矩器的阻尼特性是力矩器重要的特性之一,影响着力矩器的响应幅值和响应灵敏度。文中建立力矩器的力学模型,采用有限元软件ANSYS中的等效阻尼系统模拟力矩器的阻尼特性,仿真得到了力矩器的低频特性参数,与实验结果对比,验证了仿真模型的正确性。     

从操作手RCM机构重力补偿研究

为提高具有远程运动中心(RCM)的内窥镜手术机器人从操作手的定位精度和运动稳定性,对从操作手进行动力学等效,得出构件的等效质心位置,采用拉簧-绳轮对机械臂进行重力补偿;再根据拉格朗日方程建立从操作手RCM机构的动力学模型,采用计算力矩法进行重力补偿.通过Adams对比分析了经重力补偿后从操作手各个关节的运动响应曲线.结果表明,重力补偿模型可有效补偿重力项.     

变胞机构的等效阻力梯度模型及其设计方法

针对实用约束变胞机构在变胞全过程中的构型转换、构型保持和运动时序问题,引入变胞机构阻力梯度的概念,将约束变胞全过程的调控转化为变胞运动副等效阻力梯度调控的过程,探索实用约束变胞机构设计新方法。通过建立变胞机构的运动循环图,获取约束变胞运动副基于任务的运动规律和对应约束力或约束力矩的联系。通过将约束力与约束力矩等效,定义一种归一化的变胞副的等效阻力系数函数,进而建立变胞机构的等效阻力梯度模型,揭示了变胞运动副的等效阻力、约束特点、约束形式和结构形式的内在联系。以超高压输电线路断股修复机器人的变胞捋线机构的设计为例,演示了基于等效阻力梯度模型的约束变胞机构的设计方法,结果表明提出的设计理论和设计方法是可行和实用的。     

气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节位置/刚度控制

仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位置/刚度解算模型,根据关节驱动力矩及设定刚度计算气动肌腱的理论充气压力;建立关节输出刚度计算模型,根据关节输出位置及气动肌腱的实际充气压力计算仿生关节的实际输出刚度;采用由模糊神经网络补偿控制器、PID控制器和模糊神经网络辨识器构成的模糊神经网络补偿控制结构实现对仿生关节的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节为控制对象,进行关节位置/刚度控制的试验研究,对比PID控制和模糊神经网络补偿控制的位置控制精度,探究仿生关节刚度的动态响应。试验结果表明:模糊神经网络补偿控制方法的位置控制精度显著优于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同时两种控制方法均能较好地跟随关节设定刚度,刚度跟踪精度均在1 N?m/rad内。     

抑制电液力矩控制系统的多余力矩的新方法

针对电液力矩负载模拟器的多余力矩的抑制问题,分析了现有抑制方法的优缺点.在考虑力矩传感器刚度和加载侧惯量影响的情况下,建立了电液力矩加载系统的动态模型,指出多余力矩不仅与运动速度干扰有关,而且还与运动加速度干扰和加速度的变化率干扰有关.在此基础上给出了一种从职能分工角度抑制多余力矩更有效的控制方法--混合控制法.通过对所开发研制的一种电液力矩负载模拟器的试验表明,经辨识所得出的多余力矩的变化规律与理论结果完全一致,新方法补偿多余力矩的效果大为提高,且具有较强的适应性.     

微进给机构垂向刚度建模求解

基于一种微进给机构,采用刚柔耦合的方法对机构进行等效建模,在等效模型的基础上对机构进行受力分析,并应用软件仿真及数值拟合的方法对机构的垂向刚度进行理论计算,构建起机构的垂向刚度与各项尺寸系数之间的理论模型。为给定垂向刚度下微进给机构的尺寸优化奠定理论基础。     

3自由度气浮台力学性能研究——自重作用下平台结构平衡敏感性分析

基于运动弹性动力学理论建立3自由度气浮台平台的力学模型。根据航天器姿态动力学理论推导出自重作用下在气浮台姿态变化过程中平台质心变化公式和所需配重公式,从而获得气浮台平台不平衡力矩的计算公式。应用有限元法计算不同结构参数值组合时平台自重变形产生的不平衡力矩;探究结构各方向刚度相同时参数的变化对不平衡力矩的影响,提出使平台结构不平衡力矩为零的平衡点概念;分析平台结构参数变化对不平衡力矩影响大小即平衡敏感性与平台结构刚度之间的关系。结果表明,平台结构中存在许多使平台各方向刚度相等从而不产生不平衡力矩的平衡点。在每个平衡点处,结构参数值的略微变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响相差很大。结构刚度越大,结构参数值变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响越小,即平衡敏感性越低。     

航空光电成像平台角位置陀螺和角速率陀螺的稳定效果分析

研究了角速率陀螺稳定平台在目标跟踪时瞄准线始终围绕视场中心做约2 Hz晃动的现象,理论推导及数值分析认为引起这一现象的原因与光电稳定平台的静态力矩刚度为0、隔离度仅为71.4 dB有关。采用基于角位置陀螺的光电稳定平台,其静态力矩刚度为1 732 Nm,隔离度提高到126 dB,可以有效地消除这种晃动。     

大型射电望远镜天线副面调整机构完整刚度模型及微位移分析

基于并联机构的影响系数法和虚功原理构建天线副面调整机构的完整刚度模型。该模型综合考虑主被动关节弹性变形和外力/力矩的影响,且给出二阶影响系数矩阵具体的转置形式。构造单分支支链的轴向线刚度模型,考虑虎克铰和球铰对分支杆轴向刚度的影响。通过引入变动参数求解得到副面调整机构在定平台可动时的完整刚度矩阵,充分解决副面调整机构在空间任意位姿下刚度矩阵的计算问题。通过最简刚度模型、本体刚度模型和整体刚度模型三者对比,绘制副面调整机构在初始位姿下副面调整机构动平台中心随变动参数变化时的微位移曲线,并通过有限元软件验证了结果的正确性。研究内容为大型射电望远镜天线副面调整机构的结构设计与精度补偿奠定重要的理论基础。     

流体输送管路中悬浮体运动稳定性数值分析

为了解流体驱动管道机器人在流体输送管路中的运动稳定性,以悬浮体为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)软件对其运动进行仿真,通过欧拉角、角速度、线速度、受力和力矩等参数随时间的变化规律分析其稳定性.计算结果表明,悬浮体在转弯过程中稳定性最差,而在整个运动过程,悬浮体所受力和力矩值较小,且欧拉角变化频率低于3 Hz,有利...     

绳索驱动式变刚度关节柔顺控制与力补偿方法研究

机器人柔顺运动有助于提高机器人交互运动时的安全性与稳定性,越来越受到人们的重视。针对一种绳索驱动式具有主被动柔顺性的柔性机器人关节,提出一种适用于绳索驱动式变刚度关节的刚度与位置解耦控制方式,实现了关节位置控制的同时,又实现了关节柔顺性的统一。利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到关节刚度模型,并通过优化方法对变刚度装置的力学模型和刚度模型构成的非线性方程组求解,实现变刚度关节刚度与位置的非线性解耦。在解耦控制基础上提出一种力矩观测方法,实现了关节力矩补偿,增强了关节位置控制能力;建立了绳索驱动式变刚度关节样机和控制系统,并通过仿真和实验分析的方式验证了所提柔顺控制方式的可行性和有效性。