微小车床结构设计及动态特性分析

以实现微小细长零件的车削加工为主要研究目标,设计了一种微小车床,通过分析机床微小化带来的关键问题,结合微小车床的特点,提出合理的设计方案,其外形尺寸为400 mm×300 mm×300 mm.同时采用ANSYS软件对电主轴进行了谐响应分析,对微小车床的整体结构进行了动态分析,并建立了机床振动模型,对微小车床的动态特性进行了理论上的探讨.     

基于车铣复合加工的微小型结构件工艺研究

随着产品小型化、微型化的发展趋势,微小型零件尤其是微小型结构件的需求越来越广泛,微小型复杂、异形、高强度、多尺度金属结构件对加工提出了更高要求,基于车铣复合加工的微细切削技术在加工微小型结构件方面有独特优势.首先对微小型结构件的工艺特征进行了总结和分析,指出微小型结构件加工机床的工艺特点,然后介绍了微小型车铣加工中心的结构布局和工艺能力,并对典型微小型结构件的加工工艺进行了试验研究,结果表明:基于微小型车铣加工中心,采用车、铣、钻、车铣复合工艺加工微小型结构件,能够一次装夹定位实现完整加工,提高了加工精度和加工效率,通过快速调整加工工艺,能够实现微小型结构件的柔性加工,是一种高效实用的加工方法.     

应用于电容传感技术的新电路

推出一种微小电容测量新电路,它可应用于1pF以下的微小电容测量,以及与微小电容检测有关的计算机辅助断层摄影技术或其它电容传感技术中。     

基于蚯蚓运动原理的微小机器人构件的运动特性

介绍了一种基于蚯蚓运动原理的微小机器人内窥镜系统的原型,分析了单一构件活动件的运动特性,并通过调整各个线圈的驱动波形可以有效地控制微小机器人的运动.详细讨论了构件通电时间与构件活动件的运动位移、速度、加速度的关系,由此确定了微小机器人驱动电压的最高频率.可以通过调整驱动电压的频率来调节微小机器人的运行速度;也可以通过减少构件的通电时间解决微小机器人在运行过程中的发热问题.这项研究为微小机器人内窥镜的实际应用奠定了基础.     

微小弹性啮合轮传动稳定性仿真及实验研究

微小弹性啮合轮是一种新型传动机构,瞬时传动比是衡量微小弹性啮合轮连续稳定啮合传动的一个重要的性能参数.针对所研制的微小弹性啮合轮传动机构的瞬时传动比,进行运动学仿真和实验研究,得到其传动平稳性规律.     

微小深孔的激光加工

为满足现代工业产品及其组成零件的小型化和精密化,对零件上微小深孔的加工精度要求不断提高,由此对微小深孔加工技术提出了更高的要求。本文介绍了一种微小深孔的特殊加工技术——激光打孔的原理和工艺参数。     

基于保角变换的微小电容标准建模与设计

在可编程电容器中,亚皮法量级的微小电容单元因受边缘效应等杂散电容的影响较大,难以实现准确、稳定的微小电容标准。本文给出了一种基于Kelvin等电位保护电极的微小电容单元实现方法,该方法将影响小电容单元的杂散电容限定为中心电极与保护电极之间因边缘效应而产生的杂散电容。并对此结构建立了等效微小电容单元解析模型,给出了一种通过保角变换分析杂散电容变化的算法,发现在电极厚度以及间距一定的情况下,中心电极与保护电极之间的气隙是杂散电容的主要影响量。基于此,分析气隙变化对杂散电容和主电极电容值的影响,同时结合有限元分析软件Ansoft Maxwell验证,确定微小电容单元的最佳气隙区间,进而准确实现微小电容标准的设计。经测试,在可编程熔融石英电容器中,亚p F量级实际微小电容单元电容值与设计微小电容单元电容值一致性良好。     

微小扭矩动态测量

首先提出一种对微小扭矩进行非接触、动态测量的新方法,在各种原理实验的基础上。设计了一套测试装置,应用本实验装置对一种微小电机进行了实际测量。     

应用于电容传感器技术的新电路

一种微小电容测量新电路，它可应用于１ｐＦ以下的微小电容测量，以及与微小电容检测有关的计算机辅助断层摄影技术或其它电容传感器技术中。     

深空探测中的微型推进器技术

深空探测中,微小推进器将扮演重要角色.微小飞行器的发展迫切需要研究高比冲、微型化的推进器.本文对适合于微小推进器的各种微小推进器,尤其是基于MEMS技术发展的微小推进器作了一个较全面的论述.     

尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人自主游动的数值模拟研究中,以鱼体静止为初始条件,通过检验游动过程中的作用力动态修正游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,研究尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响,揭示其推进机理和流场结构。计算结果表明,改变尾鳍运动的相位差和最大击水角度,采用速度收敛算法可以有效地预测仿鱼机器人的稳态游动速度,进而获得尾鳍运动行为与稳态游动的推进力、功率消耗和推进效率的映射关系,三维流场结构清晰地反映了尾鳍运动行为对尾迹结构、尾迹强度的影响机制。研究结果对于预测仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示尾鳍运动行为对仿鱼机器人稳态游动性能的影响机制,设计仿鱼机器人的运动参数具有重要意义。     

SMA驱动的微型双三足步行机器人作方位运动的研究

对第一代形状记忆合金（SMA）驱动的微型六足步行机器人进行了改进，创新设计了双三足机器人的身体传动关节，并首次提出组合偏动SMA驱动器，使机器人的刚性躯体柔性化，从而实现了微型双三足步行机器人（MDTWR）的全方位运动。     

基于收敛速度的仿鱼机器人游动力学性能的数值模拟

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人直线游动的数值模拟研究中,任意给定初始速度,通过检验游动过程中推进力和阻力的数值动态修正鱼体的游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,对仿鱼机器人稳态游动的力学性能进行数值模拟,揭示其推进机理和流场结构。计算结果表明,改变摆动频率和尾部最大摆幅,采用速度收敛算法可以有效地预测仿鱼机器人的稳态游动速度,进而获得稳态游动的推进力、功率消耗和推进效率,三维流场结构清晰地反映尾部交变的正压梯度与头部的逆压梯度效应。研究结果对于预测仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示稳态游动下仿鱼机器人的推进机理,设计仿鱼机器人的运动参数具有重要意义。     

泳动微机器人的动力学模型研究

研究对象是以压电元件为驱动器、模仿鱼类游泳方式驱动的微机器人。根据流体力学有关理论,分析了在液体中运动时微机器人驱动翼产生的推进力和微机器人受到的阻力,并对此进行了阻力的有关的实验,在此基础上建立了泳动微机器人的动力学模型,并进行了压电元件驱动频率与微机器人运动速度的仿真,以及液体环境对微机器人运动速度影响的仿真。这些为深入研究泳动微机器人的泳动能力奠定了基础。     

Design and Dynamic Model of a Frog-inspired Swimming Robot Powered by Pneumatic Muscles

Pneumatic muscles with similar characteristics to biological muscles have been widely used in robots, and thus are promising drivers for frog inspired robots. However, the application and nonlinearity of the pneumatic system limit the advance. On the basis of the swimming mechanism of the frog, a frog-inspired robot based on pneumatic muscles is developed. To realize the independent tasks by the robot, a pneumatic system with internal chambers, micro air pump, and valves is implemented. The micro pump is used to maintain the pressure difference between the source and exhaust chambers. The pneumatic muscles are controlled by high-speed switch valves which can reduce the robot cost, volume, and mass. A dynamic model of the pneumatic system is established for the simulation to estimate the system, including the chamber, muscle, and pneumatic circuit models. The robot design is verified by the robot swimming experiments and the dynamic model is verified through the experiments and simulations of the pneumatic system. The simulation results are compared to analyze the functions of the source pressure, internal volume of the muscle, and circuit flow rate which is proved the main factor that limits the response of muscle pressure. The proposed research provides the application of the pneumatic muscles in the frog inspired robot and the pneumatic model to study muscle controller.     

外场驱动无缆微机器人的仿生游动特性

研制了以NdFeB为驱动器的仿生游动微型机器人,其作业原理是通过改变时变振荡磁场的驱动频率,媒介于嵌入机器人头部NdFeB的磁机耦合作用,将时变振荡磁场能转换成机器人头部摆动的机械能,再带动铜薄膜尾鳍产生波动并与液体耦合产生推力。由于NdFeB为非接触式驱动,因此机器人的驱动不需要电缆。基于固定端摆动悬臂梁模型,建立了机器人尾鳍受迫振动波动方程和基于仿生游动原理的推力计算模型,以尾鳍波动的前三阶谐振模态为输入对其产生的推力进行了计算,得出了尾鳍各阶谐振模态与推力的关系,试验验证了理论分析的正确性,表明无缆驱动控制仿生游动微型机器人的方案切实可行。     

肠道胶囊机器人的转向随动力学模型

为了实现旋进式胶囊机器人在充满黏性液体弯管内的无碰撞转弯行走,提出一种离散逼近的空间万向旋转磁场控制策略,采用与机器人相连的赖柴坐标系确定机器人的姿态,建立旋转磁场与机器人内驱动器耦合所产生的空间磁力矩模型和弯管液体环境对机器人转弯运动响应的流体力矩模型,对转弯过程中磁力矩和流体力矩的动态响应特性进行理论研究。结果表明在转弯过程中外旋转磁场使机器人发生随动效应,流体力矩使磁力矩诱导的摆动响应迅速衰减现象有利于机器人在弯曲环境内的非接触式驱动。     

仿蝌蚪与螺旋的泳动机器人系统的设计

提出一种无损伤驱动的仿蝌蚪泳动与螺旋的微型机器人。该机器人巧妙地利用血液作介质,在机器人前进和后退过程中分别采用波状泳动和螺旋式泳动方式动作。在整个运行过程中微型机器人与血管壁之间不发生直接接触,因而对血管壁无损伤。同时,针对内窥镜机器人在封闭管道中工作的特点,提出该机器人系统的无线控制与信息采集、传输子系统的设计方案。整个无线机器人系统设计方案已经被试验证明是可行和有效的。     

身体/尾鳍推进模式仿生机器鱼研究的进展与分析

随着海洋资源越来越受到国家重视,水下机器人已成为科研的热点。仿生机器鱼作为水下机器人,具有低噪声、对环境扰动小等特点。身体/尾鳍推进模式(Body and/or caudal fin,BCF)仿生机器鱼是指以身体/尾鳍推进模式推进的仿生机器鱼,它具有高速、高效、机动性高等优势,是近年来仿生机器鱼研制的重点。随着1994年首条仿生机器鱼的研制成功,许多优秀的相关研制成果已应用到水下考古、水质监测、污染检测等领域。基于此,介绍BCF鱼类的分类及特点、BCF生物鱼以及仿生鱼的推进机理,并着重介绍国内外BCF仿生样机的研制进展,对已有样机的驱动方式、机械结构和游动性能进行详细分析,揭示不同驱动方式所面临的技术问题,在此基础上总结BCF仿生机器鱼的发展趋势和应用前景。     

A new robot system for auto-inspection of intersected welds of pipes used in nuclear power stations

A self-designed new robot system to be employed in the weld inspection of nuclear pipes is introduced in this paper. This robot system can effectively serve as a substitute for a worker who would otherwise be exposed to a hazardous environment. The robot system includes a half clamp as a mounting unit and a half base as circumferential rotation joint. This system can be mounted on a branch pipe at any position. Its arm is designed with six joints for controlling the position and orientation of the ultrasonic probe (USP), which serves as an end-effector. All of these seven joints, which yield seven degrees of freedom (DOF), are driven by stepper motors. The communication between the Industrial Personal Computer (IPC) and Micro Chip Unit (MCU) is based on RS-485, which allows the robot system to be operated and monitored away from a radiative environment and can therefore limit radiation exposure for the operator. Taking the application at different working sites in nuclear power stations into consideration, the design of the system is based on a modular structure, and the substitution of the clamp and base, as well as the adjustment of the size of the arm links are taken into account. Finally, a test unit for the designed robot system is set up, and experiments show that this system could meet the requirements of a real nuclear power station environment.