基于MEMS存储器中二维驱动机构数值模型分析与实验

分析了MEMs数据存储器机构中柔性弹簧的线性大位移驱动特性,提出了一种等效数值模型,并利用该模型等效替换数据存储器驱动机构的关键部位,保留了MEMS数据存储器驱动机构的实际工作特性,并在此基础上将驱动机构转换成质量块和弹簧结构两种单元形式,解决了驱动机构中相对小尺寸有限元建模的问题,大大减少了单元数量．通过设计实验系统进行对比验证,驱动仿真分析结果与实验结果具有良好的吻合性,验证了该等效过程及模型的正确性．为MEMS数据存储器驱动机构的开发提供了理论设计和实验参考．     

记忆合金驱动的感温自动闭门器的研制

 为实现消防门在缺电状态下自动感应火场温度并关闭,达到隔烟阻燃的目的,研制了记忆合金驱动的感温自动闭门器,具有全机械传感和驱动的特点,无电耗,寿命长,灵活可靠.基于偏动式记忆合金驱动器原理,针对普通闭门器的连杆机构,通过几何解析和力学分析,提出了一种新型的自动锁闭、解锁装置.根据感应温度范围的要求和锁紧、解锁载荷的计算,选用窄滞环记忆合金并确定了偏动弹簧和记忆合金弹簧的设计参数.通过试验验证,所研制的闭门器达到了灵敏度高、可靠性好的要求.     

新颖微型压电旋转关节的建模与仿真

提出一种基于惯性冲击驱动原理的新颖微型压电旋转关节,用于关节臂式多自由度定位操作系统的旋转关节驱动.该旋转关节采用对称的整体结构设计,利用压电堆产生驱动力矩,通过碟形弹簧调整预紧力,具有运行稳定、驱动力矩大、易于微型化等优点.建立了该机构驱动模块的结构模型,运用ANSYS软件分析了定子结构的静态变形和固有振动特性;建立了该机构的动力学模型,应用MATLAB/Simulink软件获得了旋转轴的粘滑运动和步进位移特性.仿真结果表明,该压电旋转关节具有较好的步进位移输出能力和较宽工作频率范围,在1 000 V/mm激励电场下,步进位移达到0.07°,稳定的粘滑工作频率达到1 000 Hz以上.     

内窥检查系统主动引导驱动技术的研究

提出一种医用内窥检查系统的主动引导驱动装置，由蠕动式柔性移动机构和基于形状记忆合金的转向机构组成。蠕动式柔性移动机构通过充气气体的膨胀橡胶囊与腔道壁接触，因而具有较好的柔软性；采用通电调节形状记忆合金元件的方法，可改变转向机构弯曲角度，以适应腔道的变化。     

基于多腔软体驱动器的柔性手指设计

针对现有软体柔性手指运动自由度少的问题，设计了一款基于气动多腔软体驱动器的柔性手指。基于软体动物的运动特征，对多腔软体驱动器的结构进行了设计；根据虚功原理，建立了软体驱动器的力学模型和柔性手指的位姿方程；利用Abaqus CAE有限元仿真软件对柔性手指进行了力学仿真，得到了柔性手指偏转角度与输入气压的关系曲线；以单向转动软体驱动器为研究对象，通过输入特定气压值来分析其偏转角度与输入气压的关系，并对比了偏转角度—输入气压关系曲线的理论计算、仿真分析和试验结果的差异。试验结果显示，在偏转角度为0°~80°时，单向转动软体驱动器理论计算、仿真分析与实际测得的偏转角度—输入气压曲线的变化趋势基本一致。研究表明，所建立的单向转动软体驱动器力学模型能够较为准确地描述驱动器偏转角度的变化，所建立的手指位姿方程能够根据各关节的偏转角度求得手指各个节点的空间坐标,为手指的运动控制提供了基础。     

航天器用记忆合金热开关的设计与理论分析

介绍了一种航天器热控制用记忆合金热开关的设计与分析。该热开关以形状记忆合金弹簧作为感温和驱动元件,当温度超过记忆合金材料的奥氏体相变点时,驱动元件开始变形并推动热开关闭合;温度低于记忆合金材料的马氏体相变点时,偏置弹簧将克服记忆合金元件的弹力,推动热开关使之断开。热开关结构为圆柱体,长度32mm,直径23mm。对热开关的力学参数、传热性能进行了分析计算,表明该热开关的闭合热阻为2．69K／W,断开热阻大于352．64K／W,闭合时间小于30min。     

潜望式激光通信端机记忆合金驱动解锁机构

针对潜望式激光通信端机伺服转动系统锁紧需求,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)丝的解锁机构。保证在卫星发射过程中,激光通信端机稳定锁定。该机构利用弹簧分力实现锁紧,加热记忆合金丝输出回复应力驱动实现解锁;对解锁机构进行优化设计,利用杠杆原理实现了锁紧力与锁紧位移的优化;分析了解锁机构锁紧力与解锁力之间的平衡关系;实验测定分析解锁时间与供电电压电流的关系;研制了原理样机并进行了高温、振动冲击等航天环境地面试验。实验结果显示,该机构可提供1 000 N的锁紧力,在90℃以下均可保证稳定可靠锁紧,解锁时间可稳定到3 s内。该机构的功能及稳定性满足星载激光通信端机发射需求。     

一种矿车超速感应机构的键合图建模与仿真研究

基于键合图理论,建立一种矿车超速感应机构的键合图模型.在20-sim仿真软件环境下,建立混合仿真模型,进行动力学仿真,得到超速感应机构的滑芯位移曲线图和转动角速度曲线图.仿真结果表明超速感应机构的滑芯能够在临界速度下甩出足够的长度以触发后续的制动装置,验证了超速感应机构设计合理.研究工作为机构的动态设计与分析提供了一种可借鉴的新方法.     

槽轮组合驱动的取箱板机构的设计及运动分析

提出了一种新的槽轮组合驱动的取箱板机构.用解析法对其中的槽轮机构进行了计算机辅助设计.推导出了取箱板机构中执行构件的位移、速度、加速度计算公式,在Matlab/Simulink环境下对该机构的运动参数进行了计算,给出了执行构件的位移、速度和加速度线图.运动分析结果表明取箱板机构满足设计要求.     

基于缓冲阻尼的空间大惯量负载驱动系统的研究

为了实现某空间飞行器在空间低功耗平稳转动,从提高其动态性能和稳态性能的角度,提出了基于缓冲阻尼的空间大惯量负载驱动系统的设计方法.通过系统阻尼参数匹配设计,并利用弹簧阻尼技术,实现了驱动系统大惯量转动过程的快速启动和平稳制动,解决了其转角行程过冲较大的问题,满足了运动精度要求.采用SimulationX软件对该驱动系统...     

一种刚/弹耦合的微型蠕动机器人

研制了一种基于SMA驱动的轮式微型蠕动机器人,不同于传统的采用腿式或蠕动式结构的微小型机器人,它采用特殊的刚/弹耦合结构,显著地增大了其移动步距;车轮自锁机构将SMA驱动器的双向运动转换为机器人的单向运动.在车轮自锁机构作用下,SMA驱动器交替收缩与舒张,就可实现机器人的运动.对SMA驱动器所需加热电流及该机器人的运动性能进行了试验分析.试验证明,在刚/弹耦合结构作用下,机器人的移动速度提高近一倍.     

智能写字机器人机构与递阶控制系统设计

设计了6自由度转动关节机器人机构.基于坐标变换,建立运动学模型.三级递阶控制的组织级采用PC机.利用视觉获取字符图像,通过网格化得到字符点阵.通过计算脊信息,得到笔画.利用笔画中心点的聚类分析确定书写顺序.协调级采用MSP430单片机实现通讯和多舵机协调运动.执行级基于舵机实现关节的位置闭环控制.在自主开发的样机上,开展了写字实验,验证了设计的有效性.     

自复位放大位移型SMA阻尼器优化设计方法研究

该文利用形状记忆合金（SMA）的超弹特性提出了一种新型自复位放大位移型SMA阻尼器（re-centeringdeformation-amplified SMA damper,RDASD）。该阻尼器可将位移变形根据实际工程需要进行放大,通过限制放大以后的位移充分发挥SMA材料的耗能能力。首先建立了该阻尼器的恢复力模型,并通过试验进行了验证。基于SMA材料的旗帜型恢复力模型,分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度四个参数对该阻尼器耗能系数的影响规律。为实现最佳耗能和减震控制效果,提出了该阻尼器的设计准则和性能优化方法。最后以某三层钢框架结构为例,分析了有控和无控两种工况下结构在地震动作用下的动力响应,验证了该阻尼器的减震效果。     

微操作机器人及其显微视觉伺服控制系统的研究

介绍了一种在生物医学工程领域用于完成显微操作的微驱动机器人系统 ,包括其物理结构和逻辑结构。该系统采用基于梯度方差方法恢复显微图像深度信息的显微视觉伺服控制策略以提高该机器人操作精度。目前 ,该机器人系统已成功地完成了人类血液红细胞的分离实验。     

基于神经网络的机器人模型参考自适应控制的研究

提出一种新的基于神经网络的机器人模型参考自适应控制方法,采用动态对角回归神经网络作为辨识器和控制器,实现了机器人轨迹跟踪的最小误差控制,给出了神经网络的学习算法,通过实例仿真证明了控制方法应用于未知模型机器人系统的正确性和有效性。     

基于多信息融合的下肢外骨骼机器人感知系统研究

人体运动感知系统是外骨骼机器人柔顺控制和人机耦合的关键。通过分析外骨骼机器人的下肢动态模型,提出了一种支撑相选择位置控制、摆动相选择交互力导纳控制的人机协同控制方法。根据该方法开发了一种基于多信息融合的下肢外骨骼机器人感知系统,以人体下肢关节角度、人机交互力和足底压力为运动状态感知量,利用变增益卡尔曼滤波算法和Savitzky-Golay滤波算法分别对IMU传感器数据进行姿态角度解算和对FSR压力数据进行预处理,获得步态特征并通过试验来验证该方法的可靠性。试验结果表明：角度解算算法具有高精度、高稳定性的特点,交互力感知方法和FSR压力数据处理算法具有可行性,验证了所开发的感知系统能够可靠地获取关节角度、人机交互力和足底压力并融合处理,以及准确地识别穿戴者的步态特征。研究结果为外骨骼机器人感知系统的优化提供一定参考,促进了外骨骼机器人控制系统及策略的发展。     

基于颗粒模型的二维矩形模腔粉末微注射成型研究

以颗粒模型理论为基础对粉末微注射成型二维矩形模腔填充过程进行模拟和分析,证明此方法是可行的,发现了粉末微注射成型的流动主要呈现环状波形效应,波形中心颗粒存在较大的挤压接触力,流动前沿的颗粒则较好地保留在界面前沿,未发生大的侧向位移.     

新型形状记忆合金驱动器与三指灵巧手设计

针对现有形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）温度反馈控制难以实现及SMA应变量小导致实际应用中存在驱动位移小的问题,提出了一种基于电阻反馈控制的新型SMA驱动器,并采用这种驱动器研发了一种绳索传动的三指灵巧手。新型SMA驱动器由滑轮、空心螺柱、SMA丝和弹簧拉伸装置等组成,通过采用滑轮绕线的方式增长SMA丝的使用长度以提高驱动位移输出量;利用SMA自身的电阻特性得到SMA电阻变化与相变的关系,设计了基于电阻反馈的开关控制系统;采用模块化思想设计了三指灵巧手,3根手指共有8个自由度,并通过实验验证三指灵巧手对物品的抓取能力。结果表明：新型SMA驱动器不需要通过测温来判断SMA丝相变进程,省去了外部温度传感器;SMA驱动器输出的驱动量可达驱动器总长的8%以上;通过监测SMA丝的电阻变化可实现驱动器通电加热的控制,防止SMA丝过热烧毁。研究结果为提高SMA驱动器驱动位移和降低SMA驱动器控制难度提供了一种思路。     

快递包裹码垛机器人设计与腿部功能仿真

目的设计一种快递包裹码垛机器人,以更好地完成快递包裹的分拣与码垛工作。方法通过Inventor软件建立整机三维模型,运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其左前腿运动学方程,基于ADAMS虚拟样机技术对该快递包裹码垛机器人腿部结构进行结构优化,并对该机器人分别实施滚动式水平面行走、吸附式爬壁行走的功能特性进行深入分析。结果得出腿部优化设计变量对转角的敏感度,最终得到最佳腿部结构,大腿关节转角活动范围可达到27.34°,重心高度稳定在340 mm左右,重心稳定。结论仿真结果表明,该快递包裹码垛机器人具有机构设计合理、运动稳定可靠、动作灵敏等特点,为现有快递行业提供了一款节省人力及时间的劳动工具。     

Thermal post-buckling and flutter characteristics of composite plates embedded with shape memory alloy fibers

It is investigated that the composite plate embedded with shape memory alloy (SMA) fibers is subject to the aerodynamic and thermal loading in the supersonic region. The nonlinear finite element equations based on the first-order shear deformation plate theory (FSDT) are formulated for the laminated composite plate embedded with SMA fibers (SMA composite plate). The von Karman strain–displacement relation is used to account for the large deflection. The incremental method considering the influence of the initial deflections and initial stresses is adopted for the temperature-dependent material properties of SMA fibers and composite matrix. The first-order piston theory is used for modeling aerodynamic loads. This study shows the effect of the SMA on the critical temperature, thermal post-buckling deflection, natural frequency and critical dynamic pressure of the SMA composite plate.