结构解耦6-PSS并联微操作平台的研究与开发

利用并联微操作机构的构型原理，提出了结构解耦6-PSS并联微操作平台新机构，描述了微操作平台的运动学模型、静刚度模型、一体化结构模型、几何误差模型和标定策略，研制了微操作平台样机，给出了其测试结果。研究表明，该并联微操作平台的结构解耦及一体化结构是成功开发的关键，为微操作平台机构构型和结构设计提供了新思路。     

微操作机器人机构的运动特性分析

结合几何尺度缩放法则,并根据显微操作的任务、环境及操作对象的尺度,剖析了微操作机器人机构的选型特点,研究了微操作机器人的动作方式,探讨了微操作机器人机构自由度数目及自由度形式选择的理论依据,结果表明少自由度并联机构适于显微操作.     

新型三自由度微操作平台的动力学性能研究

提出了一种新型三自由度柔性并联微操作平台,该平台采用压电陶瓷驱动器为驱动装置,以新型二级杠杆放大机构作为放大器来扩大压电陶瓷驱动器的输出行程,在功能上可以实现X轴、Y轴以及Z轴方向的微米范围内移动。首先通过拉格朗日方程建立了该三自由度柔性并联微操作平台的动力学模型,然后计算了该机构的理论固有频率,最后采用有限元软件对该微操作平台进行了模态分析。结果表明该机构的理论固有频率与有限元仿真分析中的第一阶模态结果相比其误差率仅为2.54%,验证了固有频率理论分析的正确性及可行性。     

爬楼轮椅座椅姿态调节机构的可靠度及灵敏度分析

爬楼轮椅座椅姿态调节机构为一新型两自由度交叉四连杆机构,其运动精度直接影响着爬楼轮椅运动的稳定性。针对座椅姿态调节的交叉四杆机构,利用矩阵的方法建立了机构输入、输出关系的运动精度分析模型,进而建立了机构运动精度的可靠度及灵敏度数学模型。在基本尺寸误差和运动副间隙误差的基础上,求解出了三种运动副间隙误差情况下机构运动精度的可靠度。同时,也求解出了在不考虑运动副间隙误差情况下机构中各基本参数的可靠性灵敏度,最后利用Matlab进行仿真发现机构保持了较高的可靠度及适当增加杆长可改善机构的灵敏度。     

微操作并联机器人几何误差建模的参数误差转换法及误差敏感性分析

提出微操作并联机器人几何误差建模的参数误差转化法,建立正交结构6-PSS微操作并联机器人的几何误差模型,通过构造几何误差模型的Lagrange条件极值方程,对误差进行敏感性分析,最后讨论了各类参数误差在终端几何误差模型中的关联性。研究表明：所提出的方法简单明了,行之有效。     

摆线针轮减速机传动误差的初步探讨

本文通过试验分析提出了影响摆线针轮减速机传动精度的主要因素为摆线轮齿形误差和 w 机构的径向误差,这些误差,一般是受机床、工装的精度或加工及装配工艺不合理的影响,也有的是设计中某零件精度要求不合理而造成的。由此可知,解决齿形正确性及 w 机构孔、销精度是提高减速机传动精度的关键所在。     

一种无耦合位移和低集中应力的二维微操作器研究

集中应力和耦合位移是影响基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的微操作器性能的关键因素。单平行四杆机构具有低的集中应力，但存在大的耦合位移，双平行四杆机构没有耦合位移但存在较大的集中应力。在分析上述2种经典微操作器机构优缺点的基础上，吸取每一种机构的优点，摈弃各自的缺点，构建了一种复合四杆机构，并对这3种机构进行了对比分析，用有限元仿真的结果证明了理论分析的正确性。本文还设计加工了3种类型的二维微操作器柔性铰链机构与压电陶瓷驱动组成二微维操作器，并进行了对比实验研究，实验结果表明，该复合四杆微操作器性能优于经典的平行四杆微操作器和双平行四杆微操作器。     

新型6-PSS微操作机器人的加速度性能指标分析

提出一种基于并联６－ＰＳＳ机构的新型微操作机器人,建立其速度、加速度输入输出方程并定义共加速度性能指标,分析其加速度性能指标与机构几何参数关系,为设计和使用该微操作机器人提供理论依据。     

共轭凸轮打纬机构运动精度分析

为了解决国产织机可靠性、稳定性较差,织机速度、运动精度有待进一步提高等问题,借鉴摆动凸轮机构误差分析方法,将凸轮机构反转原理、有效长度理论、转换机构法等多种误差分析技术应用到织机运动精度分析中。开展了剑杆织机共轭凸轮打纬机构在考虑基本尺寸误差、运动副间隙误差及凸轮副磨损误差3种情况下的打纬摇轴摆角误差计算方法的研究,建立了各摆角误差与凸轮转角之间的关系,运用Maple数值分析计算软件对打纬机构的运动精度进行了数学建模及分析计算。研究结果表明,在所考虑的3种主要误差中,共轭凸轮打纬机构的运动精度受凸轮副磨损误差的影响最大,应采取措施控制凸轮副磨损误差。并且该研究对无梭织机的改造和高速剑杆织机的设计应用具有理论指导作用和实用价值。     

3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响研究

并联机构的误差是影响其精度的重要因素,分析各项误差源对动平台误差的影响,对降低误差、提高并联机构精度有着重要意义。通过分析并联机构姿态误差对整体加工精度的影响,以3-TPT并联机构为例,建立机构运动学方程后进一步建立机构误差的数学模型。在建立误差模型的基础上利用MATLAB软件对机构的误差模型进行仿真分析。对结果分析表明3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响在机构工作平面中心点处附近较小且随x轴位置变化精度影响较大。研究对全面分析3-TPT机构工作精度具有重要影响,其结论也可以用于并联机构尺寸优化和误差补偿。     

Error analysis of a flexure hinge mechanism induced by machining imperfection

Modeling of manufacturing tolerances for machining of a monolithic flexure hinge mechanism is presented. This modeling uses a computer-based method to generate the equations of motion for the mechanism and to predict the induced motion errors for various types of machining imperfections. This paper describes the modeling and the quantitative analysis of the motion errors using a well-known simple compound linear spring as an example. Based on the simulation results of the example problem, effects of the machining imperfection types on motion errors are generalized. The simulation demonstrates that the imperfection of the center position and the size of a machined hole provide an in-plane motion error X, Y, θ_z. In addition, the machining error in the perpendicularity of the hole with respect to the plate also provides an out-of-plane parasitic error Z, θ_y, θ_y.     

航天器元件多参数综合可靠性环境试验研究综述

综述了航天器元件综合可靠性环境试验研究的背景、意义及国内外研究现状,提出了高线加速度、振动、温度、气压、噪声五参数的综合环境试验样机的研究步骤和技术方案,针对方案实现的几个关键技术问题——离心机动平衡问题、振动台动圈的纠偏问题、离心机机臂的抑振问题、离心加速度场作用下的温度场及声场控制问题进行了简要分析并提出拟解决的办法。     

Development of 2-axis hybrid positioning system for precision contouring on micro-milling operation

A 2-axis hybrid positioning system was developed for precision contouring on micro-milling operation. The system was developed to overcome the micro-positioning limitations of conventional linear stage positioning system on machine tools. A 2-axis flexure hinge type piezoelectric stage was added on a standard milling machine to obtain better machining results. The control method used for the hybrid system was active error compensation type, where errors from linear stages are cancelled by the piezoelectric stage motion. Positioning experiments showed an improvement of machine accuracy which was confirmed by the machining results. A micro-pillar was fabricated for the validation of long-range and high-precision contouring capability. The system was successfully implemented on micro-milling machining to achieve high-precision machining results.     

基于应力刚化效应的动态特性可调微动平台设计新方法

针对现有基于柔性铰链的微动平台动态特性受材料特性、设计制造等误差影响,难以满足精密微动平台对动态响应（特别是可变频率操作）的高要求,基于应力刚化效应,提出了动态特性可调的微动平台设计新方法,推导预应力作用下一端固定一端导向梁的等效刚度和质量公式;基于对称布置假设,建立含有弹片式柔性铰链(下面简称弹片)组数(离散变量)和截面尺寸(连续变量)的离散连续变量复合优化模型,释放承载刚度约束,获得截面尺寸含有弹片组数变量的精确解系列,分析了给定预应力下不同弹片组数微动平台的承载刚度和频率调节范围,从而通过承载刚度约束和频率调节范围要求确定弹片组数。通过数值算例,验证了推导计算模型求解精度和所提设计方法的应用有效性。计算结果表明,与有限元分析结果相比,本模型的计算结果相对误差小于2%,实现了给定工作刚度、频率和承载刚度约束的微动平台最优结构设计。所提方法实现了刚度和频率大范围的调整,不但降低了加工精度要求,还为动态特性自适应匹配的智能微动平台提供一种实现途径。     

压电驱动柔性铰链机构传动实现超精密定位

简单介绍压电元件和柔性铰链的概念与特点。列举压电元件与柔性铰链机构结构实现超精密定位的典型例子，包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑，提出单驱动多自由度运动机构。应用蠕动式的运动原理可合成机构上的多自由度运动，并实现大行程运动。设计了对称结构的柔性铰链机构实现导向功能。制造和装配了微小型平面工作台。     

直梁型柔性铰链制造误差对刚度性能影响的建模与分析

柔性铰链制造误差会影响铰链性能,为了减小柔性铰链性能对制造误差的敏感性,应用多变量函数Taylor级数展开的方法,建立了直梁型柔性铰链制造误差与其性能的对应关系.通过建立的直梁型柔性铰链参数与其性能关系图,分析了直梁型柔性铰链各参数变化对其性能的影响,并给出了对柔性铰链影响最大的关键加工参数和设计准则.     

Y型柔性铰链的设计与实验

为设计一种高精度、结构简单的大变形柔性铰链,提高并联平台的运动精度和零件使用寿命,本文提出了一种Y型柔性铰链。首先,借助ANSYS和ADAMS进行柔性铰链的回转中心、安装方式和行程要求的分析研究。接着,利用数控机床进行柔性铰链的加工制作。然后,利用光学坐标测量仪OPTOTRAK进行柔性铰链的轴漂测量实验。最后,进行了转动副并联平台、单片簧柔性铰链并联平台和Y型柔性铰链并联平台的圆轨迹实验。实验结果表明:Y型柔性铰链回转误差最大值为0.5962mm,Y型柔性铰链并联平台圆轨迹的误差最大值比转动副并联平台减小了42.7%。Y型柔性铰链可以很好地替换并联平台中的转动副,提高并联平台运动精度。     

蠕动式X—Y—θ微动工作台的设计实现

提出了一种新颖的X-Y-θ微动工作台。利用单一压电元件驱动及柔性铰链机构传动获得平面上3个自由度的运动,并与电磁夹紧机构配合实现蠕动式进给,使平面工作台具有高的位移分辨率、大的工作行程和简洁的结构。工作台的核心部件柔性铰链传动机构采用对称设计,有利于运动的导向。通过力学分析,对柔性铰链机构进行了参数选择。测试了工作台的性能,柔性铰链机构刚度的实测值同理论值接近。运动速度大于10um/s,位移分辨率小于0.1um。     

圆弧柔性铰链的优化设计

柔性铰链是高精度柔性机构的关键部件,其运动精度与运动范围影响着柔性机构的性能,本文对圆弧柔性铰链进行了柔度矩阵推导,并依据柔度方程进行优化设计。采用结构矩阵法建立了圆弧柔性铰链的柔度方程,对矩形截面的翘曲抗扭刚度进行推导,得到了约束扭转状态下的扭转柔度近似方程。为相对长度较小铰链的扭转刚度精确求解提供了依据。对比理论计算结果与有限元分析结果,结果显示扭转柔度的最大相对误差在10%左右,其余方向柔度相对误差低于6%,验证了柔度方程的准确性。采用正交试验直观分析法得到柔性铰链各设计参数对转动刚度的灵敏度,并利用多目标遗传算法对柔性铰链的转动柔度以及轴向刚度两个目标进行了参数优化。通过优化结果与设计经验选取参数的对比,发现优化后圆弧柔性铰链的弯曲柔度提升了5.12%,同时铰链的轴向刚度提升了4.72%,证明针对圆弧柔性铰链的优化设计具有明显效果。     

[制造前沿]机器人测量-操作-加工一体化技术研究及其应用

阐述了机器人加工的发展现状与面临的挑战,回顾了机器人测量操作加工一体化所需要的关键技术。以典型的机器人加工过程为例,分析了机器人测量-操作-加工一体化过程中误差的来源,建立了加工误差及其传递模型,并分别计算分析了测量误差、坐标变换误差与机器人执行误差对加工精度的影响。将机器人测量加工一体化方案用于飞机机翼和机身装配垫片的磨削加工,由点云数据得到工业机械臂的加工轨迹和工艺参数规划数据,通过在机械臂末端安装顺应打磨头来消除工件法向的位置误差,实现恒力打磨。实验结果表明,该机器人加工方案能够实现飞机装配垫片的变厚度磨削加工。