新型平面直线驱动系统及其在机器人末端操作器中的应用

研制了一种机器人微驱动末端操作器用新型二自由度平面直线驱动系统 ,该二自由度电动机由于在X及Y方向采用共用永磁体的结构 ,与传统电机系统比较具有较高的性能体积比 ,应用于实际操作器系统中取得良好的效果     

基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台设计与分析

针对由压电陶瓷驱动的微定位平台工作行程不足的问题，设计了一种基于二级杠杆机构的二自由度微定位平台。考虑到不同柔性铰链的物理特性，通过差异化的铰链组合方式来优化新型二自由度微定位平台的性能，使其具有较快响应速度和大范围输出位移。基于拉格朗日定理，构建了新型二自由度微定位平台的刚度模型，并推导了其固有频率的解析表达式。有限元仿真结果表明，该二自由度微定位平台刚度模型的误差较小，验证了刚度建模方法的准确性和可靠性。研究结果可为柔性精密微定位平台的构型设计和建模分析提供一定的理论指导。     

三自由度水平轴硅微机械陀螺结构设计与仿真

为了兼顾测量带宽和灵敏度的要求，提出了一种三自由度水平轴硅微陀螺系统，此系统由3个质量块组成。质量块2与质量块3组合后与质量块1构成了一个二自由度驱动方向的谐振器，再利用该谐振器进行动力学放大，得到非谐振状态下的大驱动振幅．陀螺驱动频率响应曲线有两个谐振尖峰，在两峰值之间存在一个较平坦的区域，当陀螺驱动工作在频率响应曲线的平坦区域时，机械增益虽然比工作在谐振尖峰处小，但机械增益受频率变化的影响减小，驱动频率的工作带宽增加，使得对驱动的控制要求相对宽松．文中给出了动力学放大原理及所设计的陀螺结构的理论计算和仿真值．     

二自由度碰撞振动系统的随机响应

用拟不可积哈密顿系统随机平均法研究了二自由度磁撞振动系统的随机响应，先将二自由度随机激励的碰撞振动系统表示成随机激励的耗散的哈密顿系统形式，然后用拟不可积哈密顿系统的随机平均法得到了以系统哈密顿函数为基本变量的一维It^↑o随机微分方程，最后用数值方法求解与该方程相应的稳态FPK方程，得到系统响应的平稳概率密度。两个算例的结果与数字模拟结果的比较表明了随机平均法在二自由度磁撞振动系统的随机响应分析中的有效性。     

二维并联跨尺度压电精密位移驱动平台研制

多自由度跨尺度精密位移驱动平台在光学计量检测、半导体制造、生物医学工程等诸多领域具有广泛的应用需求。针对串联多自由度压电驱动平台结构厚重的问题,结合压电柔性铰链机构和冲击驱动原理,研制了一款结构紧凑的二维并联跨尺度压电精密位移驱动平台。通过有限元仿真和实验测试验证其性能,结果表明：压电柔性铰链定子的静态位移为7.95μm,固有频率为11.80 kHz。低频步进位移和高频平滑运动测试表明：原理样机的步进位移分辨力为100 nm,平滑运动速度为4.96 mm/s,负载力达到100 mN以上。原理样机基本满足多自由度跨尺度精密位移驱动的技术要求,在微纳光学检测等系统中具有良好的应用价值。     

平板断面扭弯耦合颤振机理研究

基于二维三自由度耦合颤振分析方法,对平板断面经典扭弯耦合颤振的颤振驱动机理和颤振形态进行了深入研究。研究结果表明经典扭弯耦合颤振仍然是由气动负阻尼驱动的,“气动刚度驱动”的机理解释是不正确的,而气动负阻尼主要来源于系统扭转和竖向自由度运动之间的耦合效应。颤振形态矢量的分析结果显示经典扭弯耦合颤振发生时竖向自由度参与程度较高,表明扭转和竖向自由度的耦合效应相当强烈。对颤振形态同结构扭弯频率比以及颤振形态同结构颤振性能的关系进行了分析,虽然颤振形态同结构扭弯频率比之间存在简单、唯一的对应关系,但颤振形态同结构颤振性能的关系则比较复杂。最后对发生于平板断面的竖弯形态颤振的机理进行了探讨。     

减震弹簧故障下直线筛力学模型突变研究

定性分析了直线筛在减振弹簧不同健康状态组合下的力学特性，基于此，分别对弹簧健康下直线筛传统单自由度力学模型及故障下突变二自由度、三自由度模型进行了动力学分析。利用突变瞬间系统状态参数不变的特点，总结了力学系统向自由度更多方向突变的过程及路线，最后，利用数值方法对突变过程进行了时域内的数值仿真。结果显示：弹簧故障引起的系统向多自由度力学模型突变时，时间历程中系统的振动响应加强，且可能表现出类似拍振现象。结论为直线筛弹簧故障下的力学特性分析以及系统时域内状态监测与故障诊断提供了一定的理论依据。     

同步跟随式电磁悬浮驱动器的力学分析与测试

设计了一种基于磁场同步跟随的多自由度电磁悬浮式微驱动器,该驱动器悬浮单元和驱动单元相互独立,在一个机构中构建了集驱动、测量和控制于一体的磁悬浮微驱动新方法.通过对该驱动器的受力分析,得到了驱动器多自由度运动状态的数学方程.采用电涡流传感器和DSP控制器,建立了该微驱动器的测控系统,实验结果表明,该驱动器具有较强的稳定性与驱动能力,验证了力学分析的正确性.     

二自由度行波型超声波电机定子的数学模型与实验研究

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机。本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构进行了分析,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析和共振频率计算,提出了外缘大倾角内缘线接触的行波定子。然后建立定子的接触模型,对其机械性能进行分析。测试结果表明,修正的数学模型更加符合电机的实际运行特性。所研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为120mNm,空转转速12r/min。本文工作为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高奠定了基础。     

SA-PSO锅炉燃烧控制系统二自由度PID参数整定

为满足火电机组日益复杂的控制要求,提高系统目标值跟踪和抗干扰能力,设计采用二自由度PID控制器,且针对二自由度多个相互关联参数整定的复杂性,研究一种模拟退火算法和粒子群算法相融合的智能混合算法(SAPSO算法),用该算法对二自由度PID控制器参数进行整定优化,并运用到锅炉燃烧控制系统中。通过Matlab仿真验证,与传统Z-N整定法和PSO算法相比,经过SA-PSO融合算法整定后的二自由度PID控制器使锅炉燃烧控制系统超调量仅为3.9%、调节时间为47.15 s,并具有较好的抗外扰能力。采用该融合算法整定二自由度PID参数使系统具有良好的性能指标值,能够提高锅炉燃烧系统的控制性能。     

基于有限元法的动力总成悬置系统解耦方法研究

传统的动力总成悬置系统解耦方法通常是基于6自由度刚体-悬置数学模型得到与6自由度相关的解耦率。这种方法忽略动力总成悬置系统与车身、轮胎等子系统的耦合作用，难以反映实车状态下的解耦情况。为此，采用一种基于有限元法对动力总成悬置系统进行解耦的新方法。算例一用此方法对动力总成悬置系统有限元模型进行解耦，并与传统6自由度刚体—悬置数学模型解耦得到的解耦率进行对比，结果表明两种方法输出的模态解耦率矩阵结果基本一致，证明新方法的正确性与可行性。算例二基于整车有限元模型，用有限元法进行解耦，得到与整车13自由度相关的真实解耦率，证明新方法的收益性。     

单振子二自由度球面马达的运动机理

利用矩形板形压电振子的两种振动模态,构建了一种采用单片压电振子驱动球形转子,形成两个旋转自由度的压电球面超声马达,对马达的作用机理进行了仿真分析和试验验证.利用有限元法对马达的矩形板压电振子的振动模态、共振频率进行了分析计算,仿真结果表明矩形板压电振子能够形成振型清晰的B32和B23振动模态,模态频率分别为49.127 kHz和49.756 kHz.对压电振子上每个凸起与球形转子之间的接触点的运动轨迹进行了计算机仿真,并对仿真结果进行了试验验证.分析结果表明各接触点能有效形成时序合理的椭圆运动轨迹,作为支撑足的一组凸起的变形量占作为驱动足的一组凸起的变形量的30%,能够用于驱动球形转子形成二自由度转动.仿真分析和试验结果证明了二自由度球面马达球形转子形成二维运动的作用机理.     

航天器太阳帆板多自由度减振装置设计

航天器外伸的太阳帆板会引起驱动扰动和残余振动两类振动问题,且两者发生在不同的振动方向(扭转和弯曲),并属于不同的振动类型(强迫与自由振动).提出一种多自由度减振装置实施方案,通过调整驱动系统动态特性降低两类振动干扰.基于虚功原理建立了太阳帆板驱动系统动力学模型,分析了减振装置刚度和阻尼参数对驱动系统动态特性的影响规律,...     

新型机器人驱动内窥镜系统的研究

基于仿生学原理和电磁转换,研制成适于人体肠道环境下驱动的多节、多自由度、电磁型微小蠕动驱动机器人,配套驱动源、配套驱动源、照明系统、成像传像装置及相应接日和控制件,并进行了一系列模拟试验。试验结果表明,微小型机器人驱动内窥镜系统不仅能在模拟人体肠道道环境下完成设备操作,而且能深入其内实现物像的传送和显示。     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动.鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规...     

基于ADAMS的冗余驱动并联机器人动力学仿真研究

为使机器人具有良好的结构性能和工作性能,其结构系统必须具有良好的动力学特性.针对动力学特性问题,以ADAMS仿真软件为平台建立了简化的二自由度冗余驱动并联机器人模型,求出了运动学逆解,采用冗余驱动力控制电机的方法,完成了动力学仿真.结果表明该方法能减小驱动力变化范围和降低驱动力峰值,优化电机驱动力,提高并联机器人的驱动性能.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对相关冗余驱动并联机器人的动力学研究具有普遍的应用意义,同时为并联机器人的调试与控制提供了理论依据.     

含干摩擦的二自由度制动系统颤振分析

以二自由度颤振系统为对象,对含有干摩擦的制动系统的颤振分岔、粘滑等复杂的非线性动力学行为进行研究。采用非线性摩擦系数、用二自由度的制动模型取代单自由度模型,建立相应的系统动力学模型;利用Runge-Kutta-Fehlberg(RK45)法数值分析与研究了系统动力学特性,得到随制动速度、支撑刚度和阻尼变化的质量块颤振振幅的变化曲线,分析发现:系统在低速下出现颤振现象,系统的支撑刚度和阻尼对其颤振的剧烈程度具有一定的影响,合理的系统参数能够减轻系统的颤振。     

多尺度法的设解形式之探讨

当采用多尺度法研究非线性振动问题时，经常会遇到不同情形下系统响应的设解形式不同的问题．文中针对一类具有平方和立方非线性项的单自由度和多自由度非线性系统，得到不同设解形式下的一次近似解和二次近似解，并与数值解相比较，发现2种设解形式的近似解与数值仿真解的解曲线吻合很好，表明传统的各种设解形式在研究弱非线性系统时都有很好的近似性．     

弹性轨道上三自由度磁悬浮列车的动力特性分析

通过对弹性变形轨道上二自由度磁悬浮列车耦合系统动力特性的数值研究，给出了系统受控稳定性情形下控参数Ｇ１、Ｇ２的选取方式；讨论了控制参数Ｇ１，Ｇ２和系统特征参数对磁悬浮系统的动力特性的影响方式，分析了弹性轨道的变形特征等。     

压电陶瓷驱动并联微动机器人的研究

介绍了集精密机械技术，精密测试技术和智能反馈技术于一体的压电陶瓷驱动六自由度并联微机机器人。该微动机器人采用以压电陶瓷为驱动元件和弹性支撑并联机器人的结构形式，具有高频响、高分辨率，结构紧凑，铡度大等优点，实现了机构，驱动、检测一体化，达到纳米级定位精度，是微驱动技术与并联机器人交叉结合的成功尝试。