基于拱形片弹簧的具有容差能力的电器接口设计

具有容差能力的电器接口已经成为许多空间机器人末端执行器的重要组成部分之一,使得末端执行器与接口端能够实现电源供给和通信连接。设计了一种基于圆拱形片弹簧的电器插头外围基座,使普通电器接头获得了容差能力。通过有限元软件的参数化设计方法,分析了片弹簧各变量对其变形的影响。然后由接触分析验证了选取的参数的合理性。拱形片弹簧的使用使外围基座尺寸较之以往的设计大幅缩减,提高了机器人接口设计的紧凑性,扩展了传统电器接头在航天领域的使用范围。     

面向在轨建造的空间机器人末端执行器及适配接口设计与验证

针对大型空间设施在轨建造任务需求,以空间多分支机器人为应用对象,设计了一种末端执行器及三种适配接口,用于完成识别、定位、捕获、搬运、装配、攀爬和探测等任务。通过分析在轨建造任务需求,以装配对象参数、机器人性能等为依据提出了设计指标。制定了末端执行器机械结构、电气系统的总体方案,并设计了三种适配接口;针对容差需求,分析了对接过程的容差条件和力学条件,优化了关键部件几何参数;针对锁紧需求,建立了锁紧过程运动学、力学模型,并采用组合运动规律,优化了圆柱凸轮曲线槽。通过仿真及试验,验证了容差、锁紧设计的正确性,并进行在轨装配、在轨攀爬的地面模拟试验,进一步验证了末端执行器及适配接口的性能,为大型空间设施的在轨建造奠定了基础。     

空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析

根据空间大型机械臂对漂浮载荷的捕获要求,研制了一套基于腱-鞘传动的大型空间末端执行器原理样机。小质量/小惯量漂浮载荷是在轨捕获的难点,因此,基于欧拉方程建立末端执行器对漂浮载荷的捕获模型,开展小载荷捕获影响因素的研究,从而明确影响漂浮载荷捕获可靠性的关键参数。并通过Hertz接触模型建立了末端执行器的数值仿真模型,完成了末端执行器对漂浮载荷的捕获数值仿真,从而进一步验证了理论分析的正确性,并为大型机械臂在轨捕获的策略制定提供了依据。     

空间站用大型末端执行器研究进展综述

介绍了国内外空间站用大型末端执行器的研究和应用现状,着重对航天飞机机械臂末端执行器、加拿大SSRMS末端执行器、日本JEMRMS末端执行器以及欧洲航天局ERA末端执行器的工作原理、性能特点、适用范围和典型应用场合等关键技术进行了深入的分析,并对比了上述末端执行器的性能。总结了空间站用大型末端执行器的共性技术特点,指出了空间站用大型末端执行器未来可能的发展趋势,为从事空间站用大型末端执行器研究工作的科研人员提供一定的借鉴和参考。     

车载液压机械臂结构分析及设计

机械臂的主要功能是将末端执行器送到一个所期望的目标位置处,末端执行器完成夹持、装载、吊取等工作后,再将末端执行器及物品送至下一个所期望的目标位置处,末端执行器自动卸载或人工卸载物品,从而完成物品转载工作。现介绍机械臂的组成和分类,并在总结车载液压机械臂设计依据和性能要求的基础上,对其设计方案进行分析和确定。     

圈套式空间抓取装置抓取策略及动力学研究

圈套式空间抓取装置采用钢丝绳作为执行元件对目标实施柔性捕获,具有容差大、冲击低、连接刚性高的优点,适合作为大型空间机械臂的末端执行器,用来对高质量、大体积的空间大型目标进行抓取操作。对圈套式空间抓取装置进行研究,给出了圈套式空间抓取装置的结构特点、抓取原理以及"柔性捕获-刚性连接"的抓取策略;对捕获阶段的动力学过程进行分析,利用牛顿-欧拉混合坐标法建立了数学模型,数值仿真试验结果证明动力学过程推导合理,模型建立正确。     

大型空间末端执行器在轨操作运输舱策略

针对空间运输舱具有较大的速度和惯量,在对运输舱的操作过程中存在着冲击和碰撞,严重的时候会影响系统的安全的问题,研制中国大型空间末端执行器,设计大容差柔性钢丝绳捕获机构和基于滚珠丝杠螺旋传动副的拖动机构,并且对其捕获传感器系统进行设计。根据末端执行器机构特点和工作原理,提出基于Loop/Contact控制模型的捕获控制策略,有效地减小了操作对系统的冲击。建立空间微重力环境下末端执行器系统和运输舱系统的动力学模型,推导大型末端执行器在轨操作运输舱的动力学方程。计算机仿真试验证明,捕获过程中捕获力较传统方式降低50%,试验证明捕获力小于700 N,二者验证了末端执行器的实用性和控制策略的可行性,对提高大型空间末端执行器的工作稳定性具有重要意义。     

用于微创外科的线驱动连续型手术机器人设计与仿真研究

针对传统手术器械定位精度低,且难以进入人体自然腔道或微创切口的问题,设计了一种用于微创外科的线驱动连续型手术机器人系统。首先,介绍了该系统的各个部分模型,包括UR串联机械臂、Stewart并联平台、连续型末端执行器以及触觉式力反馈手柄;然后,对系统中的UR机械臂和连续型末端执行器进行了运动学分析,将分析的结果导入Matlab进行了仿真,得到了不同角度的UR机械臂操作空间位姿以及不同驱动线变化量的连续型末端执行器操作空间位姿;最后,利用蒙特卡罗法对连续型末端执行器的工作空间进行了仿真分析。研究结果表明:UR机械臂可以扩展系统的工作空间,连续型末端执行器可以灵活地进入狭小非线性手术环境,整个系统能帮助医生进行手术操作,提高医疗精度。     

容差分析在空间相机测温电路中的应用

为了提高空间相机测温电路的测温精度,提出用容差分析法研究测温电路的性能。研究了测温电路原理和影响测温精度的各种因素;讨论了电路容差分析的各种方法,比较了它们的优缺点和适用范围,并确定了本课题采用的分析方法。应用最坏情况分析法对测温电路进行了容差分析。根据分析结果提出了一种提高测温精度的方法,并进行分析验证。验证结果表明:改进后的测温电路在-14℃～+50℃内的测温精度满足指标要求,测温精度达到±0.3℃。与改进前的电路相比,性能提高了30倍。     

柔性空间机械臂的动力学仿真及控制

介绍了柔性机械臂的基本理论及建模方法,利用有限元软件ANSYS创建机械臂的模态中性文件,并导入到多体系统动力学仿真软件ADAMS中,替换掉机械臂的相应刚性结构部分,进行运动学和动力学仿真,对比分析柔性体对机械臂末端执行器运动精度及动力学特性的影响,再进行ADAMS和MATLAB的联合仿真,在simulink中建立反馈控制方案,实现机械臂末端执行器运动轨迹的精确调控,为空间机械臂的优化设计提供参考和依据。     

转子不对中定量研究

采用基于同源信息融合技术的全矢谱技术对转子系统的不对中进行定量描述,以及提出工程实际中一种不对中定量分析方法。首先合理布局各传感器测点的位置,测得各传感器的稳态电压以及振动信号,利用全矢谱同源信息融合技术获得各测点振动信号的主振矢和相位,对不对中故障进行定性,然后通过电涡流位移传感器稳态电压的计算获得各测点轴心线的空间相对偏移量,利用线性原理拟合各个测点偏移量,得到整个转子轴系的不对中量,从而对转子轴系不对中现场故障诊断起到指导作用。     

不对中对磁流变液联轴器的影响

从磁流变液的流动特性出发,推导了磁流变液联轴器内外转筒不对中时传递扭矩的理论公式,讨论了磁流变液的工作模式,通过数值模拟的方法研究了不对中对磁流变液压力分布、转筒受力及传递的工作扭矩的影响,得出不对中只会影响磁流变液联轴器的粘性力矩的大小,对磁流变液传递的稳定工作扭矩并没有实质性的影响,但会增加一个周期性变化的压力,在对磁流变液联轴器转筒进行强度设计和密封设计时应计及这一附加压力。     

风力发电机组的不对中故障分析

实际中存在若干因素会导致风力发电机组传动系统不对中.不对中会产生动载荷.引起机组振动,将会严重影响传动系统的可靠性,是造成齿轮和轴承损坏的主要原因之一.笔者剖析了风力发电机组传动系统不对中的原因,分析了齿轮箱高速端和发电机之间不对中所产生的动载荷及其所引起的机组振动,比较了发电机轴承和齿轮箱轴承所承受的载荷.结果表明:...     

双转子系统联轴器不对中振动响应分析

针对双转子系统不对中普遍存在,影响系统振动特性的问题,对内转子含有联轴器不对中的双转子系统进行了动力学仿真及振动分析。以某型航空发动机双转子系统为对象,通过施加不对中引发的附加载荷,建立双转子系统联轴器不对中动力学有限元模型。对比分析了特定工况下转子系统随不对中量增加,内外转子振动的频谱特征及轴心轨迹的变化规律。结果表明:内转子联轴器不对中振动特性可通过中介轴承传递到外转子,外转子支撑位置及中介轴承对应位置均可监测到内转子联轴器不对中振动响应;一倍频对联轴器不对中故障不敏感,二倍频幅值随联轴器不对中量的增加而增加,且距离联轴器越近的支撑位置的不对中响应越敏感;轴心轨迹随联轴器不对中量的增加由"椭圆"形变为"内八字"形。     

转角不对中故障的转子系统非线性动力学特征

在刚性转子和小角度不对中量等假设条件下,考虑转子的转角不对中和质量不平衡等因素后,建立了转子系统的动力学模型.首先,根据Lagrange方程推导了系统的运动微分方程.理论分析表明,转角不对中转子系统是一个具有参激振动特征的强非线性振动系统;然后,基于谐波平衡法分析了系统的动力学特性,结果显示,当转子转角不对中时,系统不仅会产生与不平衡类似的工频振动,而且也会产生工频与转子不对中角方向振动频率倍数之和或之差组成的组合频率振动,其振幅与角不对中量和系统的物理参数有关;最后,采用数值方法分析了具有转角不对中故障转子系统的非线性动力学特性.     

Bearing-System Dynamic with General Misalignment in the Journal Bearings

Reynolds' equation for a partial journal bearing with both translational and tilting motions has been solved by means of the finite-difference technique. A set of sixteen spring and sixteen dumping coefficients is used to develop a “point matrix” for a bearing of finite dimensions with misalignment, in a form compatible with the existing transfer matrix methods. The calculation procedure is programmed in FORTRAN IV. It was found that misalignment has an effect on the spring and damping coefficients at a low Sommerfeld number (i.e., high load of the bearing).     

磁悬浮轴承系统联轴器不对中动态特性研究

为了使含有多跨转子的大型磁悬浮旋转机械系统能够稳定运行,开展联轴器不对中对转子动态特性的影响规律研究.通过将联轴器不对中量等效为施加在转子上的旋转力,建立具有联轴器不对中的磁悬浮转子系统数学模型.基于该模型仿真分析了转子的轴心轨迹和振动频谱,给出转子位移信号中转速二倍频分量幅值与转速、联轴器不对中量之间的关系,并进行磁...     

钢绳环式无级变速器钢绳环轴向偏移分析

针对钢绳环式无级变速器(WR-CVT)在传动比变化过程中钢绳环的轴向偏移限制了CVT速比变化范围和承载能力这一问题,以钢带环轴向偏移为参考,建立了钢绳环轴向偏移量计算模型,计算结果显示最大偏移量为0.6369mm,最大偏移角为0.23°,该最大偏移量、最大偏移角较相同参数及条件下金属带式无级变速器（MB-CVT）钢带环的相应参数分别减小15.8%和0.04°。钢绳环在金属块鞍面圆弧槽内的滚动致使其承载能力优于钢带环。