谐振型压电式管内移动机构

提出了两种易于微小型化的压电式管内移动机构。该机构利用压电陶瓷的逆压电效应产生振动 ,通过振子的共振在驱动足前端产生椭圆运动 ,驱动机构在管道内运动。利用分割设计法和有限元方法对机构进行了设计和分析 ,并制作了试验样机。初步的试验结果表明 ,两种机构都能在管道内实现稳定移动     

压电行走机构

研制了一种以压电片为动力元件,通过行走足底部的微小局部椭圆运动,产生向前行走运动的机构。分析了该机构的行走机理,制作了具有不同振动角的3台实验机构。通过实验,分析了驱动电源频率、电压、振动角等因素对压电行走机构运动状态影响的规律,发现机构存在滑移动、跳移动、倒移动等新的运动现象。     

变正压力式压电双晶片惯性直线驱动器

提出了以压电双晶片作为动力元件、通过控制移动机构和支撑面之间的正压力、利用摩擦力变化实现定向运动的新型惯性直线驱动器。分析了驱动器的工作原理,利用有限元分析软件对压电双晶片振子进行了模态分析,得到其动态特性。研制了惯性直线驱动器的样机并进行了性能测试,试验结果表明:该机构能够实现直线往复运动,频率为10 Hz时,最小稳定运动步长为0.7μm,最大移动速度为1.2 mm/s,最大承载能力为150 g。     

基于改变正压力的惯性压电移动机构

提出了通过控制移动机构与支撑面之间摩擦力的方法,形成新型惯性冲击式压电陶瓷驱动机构的研究方案。分析了驱动机构的工作原理,建立了惯性移动机构的动力学模型,利用MATLAB对机构进行了运动学仿真,得到了位移仿真曲线,设计、制作了可实现直线往复运动的惯性移动机构,并作了相关的性能测试。试验结果表明:新型惯性移动机构的原理方案是可行的,试验结果基本与仿真结果吻合,同时也表明该系统具有性能平稳、步距均匀、速度曲线线性度好等特点。     

可逆步进装置调节阀执行机构的研究

为克服散热器温控阀的不足,研制了一种新型的可逆步进调节阀执行机构,在一些控制功能要求较高的应用场合取代散热器温控阀.该执行机构利用半导体制冷器在两个密封容器中产生的可逆差动压力作为驱动力,通过结构相同的正反向步进装置与两个离合器配合使用,实现可逆的步进转动.步进装置的传动机构利用倾斜连杆等机构,将垂直方向的推力,转变为水平旋转运动的转矩,实现对球阀的驱动.对所设计执行机构工作原理进行了介绍,并对研制样机的实验数据进行了分析,结果表明,该执行机构更便于实现智能化,可以获得比散热器温控阀更好的节能效果.     

用于精密微装配的全方位微小机器人的研究

研制出了一种90mm×60mm×85mm的可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，该机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元2部分组成，宏运动最大速度为50mm／s，开环定位精度为1mm；微运动最大速度为200μm／s，开环定位精度为1μm，分辨率为50nm．微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器2部分组成，微驱动器转动分辨率为0．0001°，定位精度为0．0005°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位；微夹持器采用压电陶瓷驱动的2级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280μm，最大微夹持力为0．1N．开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴／孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Ф180μm微型轴与Ф200μm微型孔之间的精密装配实验研究．     

压电叠堆式惯性移动机构的设计与试验

提出通过改变压电移动机构和接触面之间正压力的方法改变机构不同方向的摩擦力,使机构沿规定方向运动。介绍了压电叠堆式惯性移动机构的工作机理,设计并研制了试验装置,并进行了试验研究。结果表明,机构在方波这种对称波形信号的激励下能够实现可控的正向直线运动。     

新型锻造操作机主运动机构控制系统设计(邀请论文)

基于运动链图拓扑图库,提出一种新型六自由度前后双提升驱动锻造操作机工作装置.该装置不仅可以控制夹钳提升的同步性,还能更好地适应偏载工况.基于虚功原理建立了该新型锻造操作机主运动机构的动力学模型,并结合液压缸系统模型,设计模糊PID控制器实现对锻造操作机夹钳末端的运动跟踪.对夹钳在竖直平面运动进行轨迹规划并确定运动过程中液压驱动各单元所需提供的驱动力.基于Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,在给定负载情况下,分别对夹钳的竖直提升运动、水平运动以及俯仰运动进行仿真分析,得到系统单位阶跃响应与正弦响应跟踪曲线及误差曲线.研究结果表明:基于该新型锻造操作机,采用模糊PID控制器能够快速、精确地获得新机构的性能参数并高效地完成跟踪,使系统保持良好的稳态性能与动态特性.     

新型三自由度混合冗余驱动机构运动学研究

在混合驱动理论和冗余驱动理论的基础上,提出新型的3-PSS-6R3自由度混合冗余驱动机器人机构.该机构能够实现二维平移和一维转动,由4条支链构成,其中3条为PSS(移动副-球面副-球面副)结构,对称分布于定、动平台中心,对机构的运动不产生约束;1条支链由平面混合驱动的五杆机构串联一个空间连杆组成,此支链同时对整个机构的运动产生约束.建立了该机构的位置逆解模型,在此基础上,运用数值方法对机构的运动学进行了验证.本文的研究结论为混合驱动机构向空间发展提供理论依据.     

用于精密微装配的全方位微小机器人

研制出了一种90 mm×60 mm×85 mm，可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元两部分组成，最大宏运动速度为50 mm/s，开环定位精度1 mm，微运动最大速度200 μm/s，开环定位精度1 μm，分辨率为50 nm；微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器两部分组成，微驱动器转动分辨率为0.000 1°，定位精度为0.000 5°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位，微夹持器采用压电陶瓷驱动的两级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280 μm，最大微夹持力为0.1 N.开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴/孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Φ180 μm微型轴与Φ200 μm微型孔之间的精密装配实验研究.     

水热法制备PZT纳米粉体物理化学环境

水热法是制备Pb (Zr0.52Ti0.48) O3(PZT)纳米粉体的一种有效方法,制备的PZT粉体分散性好、粒径小,符合化学计量比,不需要经高温煅烧,烧结活性高。该文基于电解质溶液理论和结晶学的观念,讨论了水热法制备PZT纳米粉体的物理与化学环境的特殊性,分析了PZT纳米晶成核与结晶生长的驱动力。     

A ring type standing wave ultrasonic motor using cantilever type longitudinal transducers

The disadvantages of classic ring type ultrasonic motor were analyzed.To obtain large mechanical output power,a ring type standing wave ultrasonic motor using cantilever type longitudinal transducers was proposed.There are four pairs of cantilevers on one side of the ring,and four PZT ceramics are set between each pair of cantilevers.A screw fastened the PZT ceramics and cantilevers together to form a longitudinal transducer.The bending vibration mode of the ring is excited by the stretching vibration of the PZT ceramics.Thus,linear simple harmonic motions are achieved at the particle on the teeth.And the driving force is the frictional force between rotor and stator.The working principle of the proposed motor was analyzed.The ring and the longitudinal transducer were designed with FEM.The sensitive parameters of resonant frequency of the transducer and ring could be gained with modal analysis.The longitudinal vibration modal of transducer and bending vibration modal of ring were degenerated,and the motion trajectories of nodes on the teeth were analyzed.The results of this paper could guide the development of this new type of motor.     

智能轮椅担架车的折展机构设计与分析

针对智能轮椅担架车折展状态之间的转换难题,提出单自由度5杆机构,对该机构进行详细的设计与分析. 通过最小包容面积法,得出扶手连杆和连架杆的最优尺寸,分别为507.9和332.5 mm;基于连杆机构的静力学分析,采用6根扭簧和RV减速电机作为连杆机构的驱动装置,减少了电机的驱动力矩,整体结构紧凑. 根据优化参数和驱动装置的计算结果,开展智能轮椅担架车折展机构的设计,分析扶手构件在如厕状态和折展状态时的应力变化,验证了该构件强度的可靠性. 研制智能轮椅担架车,采用不同重量的实验人员进行折展机构的性能测试,从机构的运动过程和电机电流变化来看,所设计的驱动装置和优化参数结果合理.     

漂浮式海浪发电装置主浮体结构的有限元分析

应用线性波理论与Morison方程,计算出漂浮式海浪发电装置主浮体在极端海浪条件下受到的海浪冲击力。利用三维软件建立海浪发电装置及其主浮体模型。利用ANSYS Workbench软件与三维软件的接口,建立主浮体的有限元模型,求解其在海浪冲击作用力下的位移及应力响应。仿真结果表明:主浮体在极端风浪的冲击作用下,应力响应与位移响应均在振型处达到最大值,但处于所规定的安全范围之内。     

自行车链传动中非圆链轮的应用分析

从运动和受力的角度,按链条恒张力要求,介绍了自行车采用非圆链轮时,链轮的节曲线、齿槽位置的确定及其齿廓,与普通圆链轮传动的性能作对比,链条拉力的波动幅度明显减小,传动性能得到了改善。     

大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

超声波电动机定子振动能量回收转换特性

为了向密封、恶劣等极端环境中工作的微型机器人提供驱动力矩和电能,根据行波型超声波电机定子孤极频率反馈跟踪原理,研制能量回馈型超声波电机.与传统超声波电机相比,该电机不仅具有驱动功能,还具有将定子振动能量回收并转换成电能的功能.根据能量回馈型超声波电机驱动原理改进了超声波电动机压电陶瓷的极化分区模式,将超声波电机定子压电陶瓷极化分成3个区,即：激振区、能量采集区和传感区（孤极）.利用定子能量采集区压电陶瓷的正压电效应采集回收超声波电动机定子的机械振动能量.根据铁摩辛柯梁理论和压电本构方程建立超声波电动机定子振动能量采集回收的理论分析模型,研究能量采集区压电陶瓷负载阻抗的匹配问题.利用该模型仿真分析了电机激励频率、激振电压、外接负载电阻等对能量采集区压电陶瓷输出电压、输出电流和输出功率的影响规律,通过实验验证了仿真结果的正确性.     

微操作力提升系统控制策略实验研究

为了改进微操作力提升系统的性能,设计了一种新型的末端操作器,分析了末端操作器的工作原理,提出了适应操作者操作特性的速度和位移增量2种控制策略,并基于dSPACE实验平台对微操作力提升系统进行了实验研究.实验结果表明:速度控制策略和位移增量控制策略均可行,操作者施加较小的操作力,提升系统就能顺应人的操作升降负载,能够满足操作者提升操作的柔顺行要求.