三维力柔性触觉传感器电极研究与实验

为了实现机器人智能皮肤对三维力的探测,基于炭黑/碳纳米管/硅橡胶的表面压阻效应,设计了2种不同排布的对称结构的四叉指电极三维力柔性触觉传感器.理论分析了这2种三维力传感器的工作原理,并对这2种结构的传感器进行了量程、灵敏度、线性度等实验对比,实验证明四电极方形排布的传感器在剪切力方向拥有更高的灵敏度和更好的线性度,但量程相对十字形排布的传感器较小。通过三维力实验表明,这2种新型的三维力柔性触觉传感器均具备检测三维力的功能,可在机器人皮肤等实际应用场合,根据工作量程和灵敏度的不同要求来选择传感器结构。     

面向电磁式力触觉再现的三维电磁作用力测量系统

基于电磁式的力触觉再现系统中,磁性单元所受电磁力的大小和精度直接决定了力触觉再现的真实感和性能。本文构建了基于微型传感器的三维电磁作用力测量系统,用以验证通过有限元仿真方法得出的磁性单元受力的正确性。以实际绕制的线圈为实验对象研究了磁性单元受力和其与线圈之间的距离关系,实验数据表明,力测量系统测得的磁性单元受力与有限元仿真结果基本一致。本文研制的三维电磁力测量系统能够验证电磁力有限元仿真模型的正确性,对于促进电磁式力触觉再现的发展具有重要的意义。     

柔性电容式触觉传感器的研究与实验

类似"人工皮肤"的触觉传感器在人工智能、医疗器械等领域有着广泛的应用。利用柔性电路板加工工艺设计了一种基于分布电容的触觉传感器,并分析了其工作原理。设计的触觉传感器主要由3层膜结构压制而成,包括上层电极层、中间间隔层和下层电极层,并在每一触元上表面粘贴一硅胶触点以增大灵敏度。针对柔性电路板的不同形式和间隔层不同厚度,加工了9种不同参数的触觉传感器,并对这9种传感器进行了量程、灵敏度、线性度等实验对比。实验证明,通过这2个参数的选择可以获得不同量程和灵敏度的触觉传感器,可根据实际应用场合选择具体参数以满足应用需求。同时阵列扫描实验证明设计的触觉传感器可以获得其表面的受力情况,并可以将触觉力在上位机上可视化的显示出来。     

柔性直流输电换流阀海上运输仿真方法研究

柔性直流输电换流阀在海上运输时,受到风浪流的作用,可能导致部件移位或损坏.为研究海上运输对柔性直流输电换流阀的影响,以某种支撑式柔性直流输电换流阀为研究对象,基于GJB 1060.1—91《舰船环境条件要求-机械环境》的相关动态力计算方法,通过有限元软件ANSYS进行模态分析和多种运动工况瞬态分析,得到柔性直流输电换流阀海上运输时的动态响应,为后续换流阀优化和加固提供依据.     

三维力传感器静态解耦方法的研究

维间耦合是影响三维力传感器测量精度的重要因素。针对存在耦合的现象,介绍了三维力传感器维间耦合的基本原理,分析了基于克拉默法,求解矩阵广义逆解耦算法,并对传统基于耦合误差建模的静态解耦算法进行改进,对耦合方向的数据采用牛顿三次插值法进行处理。以自主研制的三维力传感器进行标定实验,采用3种解耦方法进行计算。实验结果表明改进后的基于耦合误差建模解耦算法与传统解耦方法和改进前的方法相比,具有更高的解耦精度。     

基于L型铁钴的三维力触觉传感器设计及输出特性

该文提出了一种基于L型铁钴丝的三维力触觉传感器,利用磁致伸缩材料铁钴合金设计制作了三维力触觉传感单元,并测试了该结构的输出特性。基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,推导了输出电压方程。搭建触觉传感单元实验平台,对传感器进行法向和切向标定,设计的传感器法向测力范围为0～13 N,切向测力范围为0～6 N,输出特性具有良好的线性关系。其中,0～8 N法向力范围内灵敏度约为23.997 mV/N,9～13 N法向力范围内灵敏度约为17.537 mV/N;0～4 N切向力范围内灵敏度约为11.599 mV/N,5～6 N切向力范围内灵敏度约为6.281 mV/N。在4 Hz频率、2 N法向力条件下,该传感器动态响应的输出电压幅值变化范围为46.5～49.8 mV,与静态力输出电压幅值的相对误差低于5%,响应时间和恢复时间分别为25 ms和29 ms,表明该传感器具有良好的动态特性。分别采用广义逆矩阵和BP神经网络对传感器测得的三维力进行解耦,其中,BP神经网络解耦方法平均误差仅有2.90%,可有效提高测量精度。该传感器体积小、输出线性度好,可同时实现静态力和动态力的测量,在智能机器人等领域具有良好的应用前景。     

光波导三向力触觉传感技术中的二维与三维有限元模型分析

触觉传感作为机器人的主要传感方式之一已越来越受到人们的广泛关注,而三向力触觉传感技术则是机器人研究中的一项关键技术,针对一种新型光波导三向力触觉传感系统,本文利用有限元分析方法分别建立了二维和三维有限元模型,通过一系列模拟仿真实验,推导出相应的数学模型,得到检测计算三向力的数学表达式,从而论证了该传感系统的可行性。     

管道三维漏磁检测仿真分析及研究

为了保证油气输送管道的安全,针对传统管道漏磁检测器灵敏度低、检测精度不高且体积庞大易在管道中发生卡堵的问题,提出设计一种高度集成的管道三维漏磁检测传感器,并分析了漏磁场形成机理和三维漏磁检测原理。在有限元分析软件COMSOL中建立了管道缺陷漏磁检测的三维有限元模型,进行管道缺陷的漏磁场特征仿真分析。结果表明,得到的缺陷漏磁场磁通密度云图与理论分析一致,并且根据所得漏磁信号可以判断出有无缺陷,对缺陷的长度有较高的检测精度,在有缺陷的情况下进一步可以判断该缺陷是内缺陷还是外缺陷。     

导电聚合物基柔性固态超级电容器的组装及性能研究

导电聚合物基柔性固态超级电容器是一种具有高性能和广泛应用潜力的能量存储设备。为此研究导电聚合物基柔性固态超级电容器的组装方法,并对其性能进行测试。在组装过程中,首先需选择导电聚合物基材料,之后制备电极材料和聚合物电解质,最后对电容器进行组装封装。通过容量衰减率、能量密度、功率密度来测定电容器的循环稳定性及热稳定性,结果表明在适当的条件下,导电聚合物基柔性固态超级电容器具有优秀的性能,能提供高效的能量存储和快速释放,在极端条件下表现出色。     

潜油电机转子三维温度场分析与计算

5针对结构特殊的潜油电机工作时温度无法测量的问题,通过对其一个转子单元的部分铁心及半个扶正轴承建立三维有限元模型;利用流体力学及传热学原理,结合潜油电机特殊的油路冷却循环系统,计算了气隙中绝缘油与转子铁心表面和空心转轴中润滑油的对流换热系数;根据计算电磁场求解出的热源,结合相关系数,对其转子三维稳态温度场进行了求解,得到潜油电机转子和相关部件的温度分布.同时将本文与其他方法计算结果进行对比分析,证明计算模型和方法的准确性.     

爪极电机的三维有限元建模与仿真

针对爪极发电机复杂的内部磁场计算问题,该文利用Ansoft软件的Rmxprt模块生成某电励磁爪极发电机的三维有限元模型,并在Maxwell 3D中对模型进行了优化,结合电机绕组的电路模型,构建了电机三维瞬态仿真模型。在此基础上,对发电机的空载输出电压进行了仿真,仿真波形与实测空载电压波形符合较好,验证了模型的正确性。最后,利用Ansoft后处理功能,分析了电机气隙磁场分布特性。     

接触器用交流电磁铁三维磁场分析和静特性优化

用ANSYS软件分析了接触器用双E型交流电磁铁三维工频磁场 ,根据交流电磁吸力平均值的直流等效原理 ,分两步计算了衔铁吸力 ,利用ANSYS优化设计方法对铁心厚度进行了优化。讨论了动静触头初始接触处的电磁铁静特性配合问题     

高频振动辅助的FDM 3D打印喷头结构设计及其实验研究

由于熔融沉积增材制造技术(fused deposition modeling,FDM)能极大缩短样件的研发制造周期,且能直接打印尼龙PA、聚醚醚酮PEEK等高强度工程塑料,使得FDM技术工艺迅速发展.有研究表明在挤出加工中,振动可以增加相同机头压力下的挤出流率或降低相同挤出流率下的口模压力.针对熔融沉积型3D打印机在打...     

Evaluation of alternating flux leakage testing using 3D nonlinear eddy current analysis and experiment

Alternating magnetic flux leakage testing has been applied in the inspection process for detecting cracks on the surface of steel. To develop a precise inspection method, the flux and eddy current distribution should be investigated taking into account the nonlinearity of steel. This paper describes 3D numerical analysis and experiment for this testing. The property of leakage flux from the crack of steel under ac excitation is investigated using the 3D edge‐based hexahedral finite element method. It is shown that the 3D analysis is obligatory in the precise analysis of magnetic phenomena of this testing. The effect of crack width and depth of leakage flux is clarified, and the relationship between the lift off and the amplitude of leakage flux is also illustrated. The characteristic of leakage flux is confirmed by a verification experiment. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(1): 8–15, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10085     

考虑磁致伸缩效应的电机应力数值仿真与实验

电机振动噪声的来源之一是电机定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先建立电磁-机械耦合数值模型,并在有限元分析软件中进行计算,研究磁致伸缩力单独作用与电磁力单独作用对电机定子硅钢片的影响。数值仿真结果表明:电机定子结构中磁致伸缩力为主要应力来源,定子铁心硅钢片中低频振动频率为供电频率的1倍频率与2倍频率。根据仿真思路设计实验,取出电机转子以保证主磁路通过电机定子,通过振动测量设备采集电机定子表面的振动信号进行分析,对仿真结果进行证明。计算理论与实验方法对分析磁致伸缩效应对电机定子振动噪声的影响具有重要的指导意义,对电机低噪声化的研究具有一定的学术意义和参考价值。     

压电式四维力传感器的有限元分析

选用石英作为敏感元,研究一种压电式四维力传感器,根据不同切型石英的特点按特定方式排列组合,构成一个"晶组"式的传感器,实现无耦合测量空间多方向的力和力矩。通过有限元分析,对所提出的压电式四维力传感器进行仿真,得到影响该传感器原型开发的输出电压与输入力之间关系曲线、电压灵敏度、维间干扰等重要性能指标,并证明了该传感器能够有效地实现空间四维力的测量,为研制新型传感器原型奠定了重要基础。     

大容量塑壳断路器中电动斥力的三维有限元分析

触头系统电动斥力的计算对塑壳断路器的设计有重要意义。基于电磁场及电动力的关系,并考虑铁磁物质的影响,应用Ansys进行三维有限元非线性分析,采用导电桥模型计算具有分片式触头系统的大容量塑壳断路器在恒定电流时的电磁场分布,以及各个动触头上电动斥力的大小。结果表明,各触头片的电流和电动斥力不均衡。该结论对触头系统的设计有一定的指导意义。