考虑力传递性能的力觉反馈手控器的优化设计

对机构力传递性能进行研究,并提出力传递能力概念。建立一种综合机构工作空间、运动学性能和力传递性能的多目标优化函数,并应用于一种三平动自由度的手控器机构优化设计。对机构优化结果进行工作空间、机构雅可比条件数和力传递性能分析,确定基本结构参数和动力驱动参数,进一步完成样机制作。优化和研制过程为高性能手控器的研制提供了参考。     

Optimize design of a hand controller with force sense feedback in considering force transmistion performance

对机构力传递性能进行研究,并提出力传递能力概念.建立一种综合机构工作空间、运动学性能和力传递性能的多目标优化函数,并应用于一种三平动自由度的手控器机构优化设计.对机构优化结果进行工作空间、机构雅可比条件数和力传递性能分析,确定基本结构参数和动力驱动参数,进一步完成样机制作.优化和研制过程为高性能手控器的研制提供了参考.     

新型高效电磁作动器的研制及特性分析

研制了一种应用于发动机振动主动控制系统的新型高效电磁作动器。介绍了作动器的结构原理，对作动器的磁场进行了计算，利用Ansys软件对其弹簧刚度进行了分析。将作动器的力传递模型简化为单自由度振动系统，计算了作动器的作动力，通过Matlab仿真软件对其力传递特性进行了仿真分析。以正弦信号输入对作动器的作动特性进行了试验，结果表明，试验分析和仿真分析比较吻合，作动器作动力大，性能良好，可以很好地应用于发动机的振动主动控制。     

超精密机床的振动混合控制

研究了空气弹簧与作动吕相结合的主被动混合振动控制系统,空气弹簧起低通滤波作用,并支承机机床,主动隔振具有高能滤波特性,电磁作动器的控制电压取决于绝对位移、速度、加速度和相对位移、速度、加速度。电磁作动器的动态性能对振动传递率有明显的影响。实验表明,混合隔振系统对超精密机床的隔振效果明显优于空气弹簧系统。     

用速度瞬心作机构的加速度分析

一、前言在用图解法求得机构的速度瞬心位置的基础上,仅能作机构的速度分析,当需要对机构进行加速度分析时,利用速度瞬心则是无能为力。本文是用解析法求得速度瞬心位置的基础上,不仅解决了机构的速度分析,而且开辟了用速度瞬心作加速度分析的力法。二、用速度瞬心求机构的加速度利用速度瞬心(以下简称瞬心)作机构的加速度分析,其步骤是: (1)求瞬心位置:建立瞬心位置的解析式;     

一种加长臂破碎锤工作装置的运动学分析

提出了一种含有加长臂的破碎锤工作装置.基于Simulink的建模思想,创造性地搭建了模块分析框图,实现了利用模块化分析该工作装置的思想.根据自由度公式得出了该机构的自由度满足破碎锤所需运动的作业要求,对该装置进行了模块化分析位置正反解,分别用正解和反解的结果相互佐证,在位置分析的基础上又对工作装置的速度作了详尽分析,求出了该装置的速度雅可比矩阵,并且用实际例子作了验证.此外,以平面六杆机构模块为例,对该模块进行了速度分析,从而得到了该工作装置的速度分析思路.这种以模块的输入输出进行传递的速度分析方法,为该类机构的速度分析提供了新的解决思路.     

一种正铲挖掘装置的运动性能分析评价

对一种复杂的串并联工作装置进行了运动性能分析.基于Simulink的建模思想,创造性地搭建了模块分析框图,实现了模块化分析多环路耦合机构的思想.根据自由度公式得出了该机构的自由度满足正铲挖掘所需运动的作业要求,对该装置进行了模块化分析位置正反解,分别用正解的结果和反解的结果相互佐证,在位置分析的基础上又对工作装置的速度作了详尽分析,求出了该装置的速度雅可比矩阵,并且用实际的例子作了验证.此外,以平面六杆机构模块为例,对该模块进行了速度分析,从而得到了该工作装置的速度分析思路.这种以模块的输入输出进行传递的速度分析方法,为该类机构的速度分析提供了新的解决思路.     

尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究

针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求,考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点,仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器。首先,利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷（Pb-Zr-Ti,简称PZT）叠堆的输出位移,以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量,将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组,分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源,以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长;其次,借助有限元仿真分析软件,研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法,并实验验证该方法的可行性;然后,简化柔性铰链式位移放大机构,提出放大倍数的数值分析方法,对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析,并验证放大倍数的数值分析方法的准确性;最后,基于设计的线性作动器开展实验研究。结果表明：位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3,处于理论值与仿真值之间;在激励电压频率为5 Hz时,作动器的最大空载移动速度为413 μm/s;作动器的最大推动力为16 N,对应的驱动速度为19 μm/s。以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持。     

速度-转矩控制橡胶V-带变速器设计新方法

本文对一个转矩-速度-传感橡胶V-带变速器提出了一个新的模型,在驱动侧作动器是个离心滚子,而一个斜转矩凸轮加一个压缩扭力弹簧则在从动侧.方程式许可设计作动器几何学,以便保持传递转矩在要求的整个工作区间内尽可能转矩闭合.此外,推荐了这类自动变速器最合适的一种设计方法,它许可选择变速器要求的变程,即发动机和变速器之间的匹配以及作动器设计:滚子质量,壳体形状,离心滚子作动器接触扳角度,转矩凸轮作动器斜导轨的斜率.而且发动机变速器匹配对于固定作动器可以作部分负荷计算.本方法已在合适的台架上进行试验证实.     

双向作动大行程二自由度稳像机构

针对光学稳像系统的双向动态大行程的设计要求,本文设计了一种可伸缩双向作动的压电作动器,并基于此压电作动器设计了二自由度稳像机构。压电作动器由一个收缩式三角位移放大机构和一个伸张式三角位移放大机构组成。位移放大机构可为压电平台提供足够的行程,柔性铰链可使平台结构更加紧凑。接着,利用有限元分析软件ANSYS对平台结构进行静力学仿真,模拟了平台的位移和应力变化。最后对原理样机进行了实验分析,实验结果显示所设计压电平台在低电压和低频率下有足够大的行程和足够快的响应速度,作动器在120V电压下的输出位移在67μm左右,基本满足稳像系统的性能要求,故平台结构的设计方案是可行的。     

一种新型并联机构的运动学分析

该机构由动平台、静平台、上折页、下折页和作动器构成,动平台与上折页以球副连接,上下折页、下折页与静平台、作动器与静平台以及作动器与上折页以转动副连接。其中上下折页和作动器组成一组支链,支链内部也形成闭环,且由三组对称的支链构成这种折页式三自由度并联机构。为了获得该并联机构的运动学参数变化和奇异性,运用支链坐标系的方法,对该机构的每一个构件都做了详细的运动学分析,并且获得了该系统的雅克比矩阵和各构件的运动学参数。通过对雅可比矩阵的分析,获得了该机构的奇异空间。     

新型电动作动器控制精度及机液耦合性能研究

传统的电动作动器依靠丝杠传递载荷,作动器的应用范围因功率问题受到限制。针对此问题,提出一种新型电动作动器,它采用丝杠传动——液压助力的方式工作,有效解决了电动作动器的功率问题。比较分析两种控制策略下作动器的控制精度,并对作动器的机液耦合性能进行了研究,验证了作动器的可行性和可靠性。     

拉压负载下的大推力压电直线作动器

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题,本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理,实现双向大推力作动。结构上,将两个压电叠堆对称布局,梯形丝杠螺母组成螺旋箝位,匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理,设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构;而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素,为了准确地表达箝位的可靠性,研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系,并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233mm,最大外径为63mm,质量为1.1kg。搭建样机的测试系统,试验表明:该作动器的最大输出力可达190N,最高速度可达2.58mm/s,行程为60mm。     

周期性机械振动主动控制算法

为提高周期性机械装置的隔振性能,减少其对底座(或地面)及周围环境的影响,采用由弹性橡胶和压电堆作动器组成的主动悬置(active control mount, ACM).针对压电堆作动器输出位移较小的情况,设计液压位移放大机构.通过对压电作动器和橡胶主簧性能的分析,建立由主动悬置构成的隔振系统的力学模型.周期性机械振动系统,其周期振动信号可用作控制同步信号,因此控制系统采用基于同步滤波-X LMS(least mean square)算法的自适应控制策略,传递到机座的残余力作为误差信号,实现对周期性机械振动系统的主动控制.计算机仿真实验结果表明,采用这种主动悬置和同步滤波-X LMS算法的主动控制系统,相对于采用普通橡胶悬置的被动系统,明显减少了对底座的力传递,减振效果明显.     

直线电机式悬架作动器性能分析及参数优化

针对现有悬架作动器输出力小、效率较低、响应速度慢等不足,设计出了一种精度高、输出力大、响应迅速的直线电机式悬架作动器。利用有限元软件Ansoft分析了悬架作动器的电磁场分布情况;结合该有限元模型制作了悬架作动器样机,并对其进行了力学特性试验,验证了模型的正确性;同时,研究了齿槽开口系数大小对作动器性能的影响,获得了作动器输入电压、运行速度、最大拉伸长度与电磁力之间的关系曲线,分析了输入激励对作动器响应特性的影响规律。结果表明:作动器齿槽开口系数应控制在0.25~0.75之间;电磁力随着输入电压的升高而增大,随着运行速度的增加而减小,最大拉伸长度不宜超过35 cm,输入电压的增加会降低作动器响应速度。     

弹性机构振动主动控制中压电作动器/传感器的优化配置

讨论了高速弹性机构构件上压电作动器和传感器粘贴位置优化配置的方法。基于机构弹性动力学控制方程，对系统模态作动力系数矩阵，作奇异值分解和振动响应观测信号，作小波变换，获得了作动器和传感器不同分布情况下作动力和观测信号的能量表达式，提出了判定作动器／传感器最优配置的可控性指标和可观性指标。最后，对弹性连杆机构进行数值仿真，确定了机构构件上压电作动器和传感器的最优配置。     

全方位小型足球机器人的运动学分析

在小型足球机器人两个前轮之间安装踢球器、控球器等装置不仅会对车体各部分的布局造成一定的影响,也会使小车的运动性能发生变化。本文建立了三轮和四轮全方位小型足球机器人的运动学模型,分析了主动轮速度和从动滚子速度随两前轮夹角不同而产生的变化,讨论了车体沿任意方向直线运动时夹角的变化对车体运动性能的影响,对车体机构的设计有很好的指导意义。     

空间弱撞击对接机构传递功率分析

运用螺旋理论对于一种空间弱撞击对接机构进行传递功率分析,通过求解运动螺旋与力螺旋的互易积,来获知系统的传递功率,得出传递功率与空间弱撞击对接机构本身构型参数、对接环当前位姿信息及速度信息直接相关的结论。考虑到在不同尺寸构型、速度信息下的空间弱撞击对接机构的传递功率是不一样的,不能单纯通过传递功率来评价系统的优劣,因此提出瞬时能效功率比的概念,用以评价某一构型下空间弱撞击对接机构的传递效能,结合具体的算例对瞬时能效功率比进行求解,研究内容与结果为新一代的空间对接机构的性能指标参数优化提供了理论基础。     

3-RPS并联机构运动与静力特性分析

对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。     

直升机自动倾斜器等效并联机构自由度分析

自动倾斜器是直升机旋翼系统及操纵系统中最关键的部件,对其结构进行分析研究,建立了自动倾斜器上、下操纵机构运动学等效并联机构数学模型—4-(R)RSS+(R)RRS+PS和3-SPS+RRS+PS。基于串并联机构理论,利用空间机构学和螺旋理论方法得出上、下操纵机构自由度,并采用螺旋理论验证了公式计算的正确性。同时应用Pro/E软件建立机构三维模型并用ADAMS软件进行仿真,分析了液压助力器速度、桨叶迎角和滚动轴承角加速度变化规律。结果验证了并联机构结构的正确性,为自动倾斜器自润滑关节轴承试验样机机构设计和尺寸确定奠定了基础。