索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

多波束天线并联式座架的优化设计与轨迹规划

为解决某天线安装现场缺乏大型吊装设备,需要自行升举的难题,提出了一种基于6-UCU并联机构的多波束卫星天线座架。基于人工蜂群算法(ABC)进行了结构参数优化,使并联机构在满足电动缸极限长度之比、虎克铰极限转角等约束条件下,实现超大姿态角的运动。同时针对天线阵面位姿调整设计了一种位姿补全方法,通过天线平台的3个姿态参数推演得到其3个最佳位置参数,并提出了一种基于位姿的插补运动规划策略。基于所开发的并联机构虚拟仿真平台,进行了运动学仿真、关节干涉及超工作空间判断,上述优化设计与控制策略均在原型样机中得到了有效运用。     

含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构逆动力学建模

提出一类含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构,为解决该类机构的逆动力学问题,首先对机构进行运动学分析,建立支链与动平台末端的速度、加速度映射关系,并对运动学模型进行仿真验证;之后对3-RPS/3n-SPS机构进行受力分析,列出的平衡方程数目少于未知量个数,基于机构分支作用力与动平台末端位姿误差间的协调关系构建动力学补充方程,求解出该类机构中所有运动副的约束反力和机构分支作用力;基于达朗贝尔原理对机构进行逆动力学建模,建立了机构末端力和各杆件惯性力与机构分支作用力间的关系表达式,求解了3-RPS/3-SPS机构分支作用力、运动副约束反力及动平台位姿误差,通过分析机构分支作用力、运动副约束反力、动平台位姿误差随时间的变化规律,验证本文建立的3-RPS/3n-SPS并联机构动力学模型的正确性。所得到的动力学结果为该类机构的进一步研究和工程应用奠定了理论基础,此外该逆动力学建模方法也可用于其他含有冗余支链的并联机构中。     

新型一平移一转动并联机构的精度分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,改进了一种能实现空间一维移动和一维转动的二自由度并联机构。采用传递矩阵法研究了推拿机器人末端位姿误差。基于机器人末端执行器位置反解结果,通过全微分误差分析理论,建立误差模型,进行求解计算,构造了机器人末端执行器并联机构输出位姿误差与各误差源之间的对应关系。为将该并联机构用作中医推拿机器人的末端执行器,有效完成多种推拿动作提供重要保障。     

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。     

基于正交设计的2UPS-RPU并联机构误差分析

运用空间矢量环微分法,建立了兼顾位置和姿态两类误差的位姿误差正解数学模型。此误差模型描述了机构末端位姿误差与各误差源之间的显式映射关系,可定量分析各误差源对机构输出误差的影响。分析了机构位姿参数、结构参数在一定范围内变化时的误差变化曲线,为机构结构参数和工作位姿参数范围的选取提供了理论依据。为分析2UPSRPU并联机构在整个工作空间内各误差源对位姿误差的影响,利用正交设计思想,只需较少的计算量,即可对该机构进行误差分析。基于正交设计思想,将4个位姿参数看成对位姿误差有影响的4个因素,依据位姿参数变化对位姿误差的影响合理划分各因素的水平,使排列的正交表为误差分析提供合理位姿。结合正交表,仿真了机构各末端输出误差对各个误差源的响应程度,从而揭示了影响机构误差的关键因素,可用于指导物理样机的制造与安装。     

一种少自由度飞行模拟运动平台误差分析

将一种少自由度并联机构3-PRS用作飞行模拟运动平台,为使该平台运动精度满足系统要求,对其进行误差分离与灵敏度分析。通过研究平台运动学逆解模型获得驱动雅克比矩阵与约束雅克比矩阵,采用空间闭环误差矢量链的误差建模方法,对运动平台进行误差建模,获得各个几何误差源与终端输出位姿误差之间的映射函数,在所建立的全误差源模型的基础上,利用解析法去除冗余误差源后,借助驱动雅克比矩阵与约束雅克比矩阵将影响该平台末端可补偿位姿误差的误差源和不可补偿位姿误差的误差源分离。最后,在整个运动空间内,借助灵敏度分析,获得影响末端不可补偿位姿误差源的全局灵敏度影响系数。根据灵敏度影响系数可指导前期设计阶段各零部件公差等级的选择以及装配阶段装配公差的确定,研究结果对同类少自由度并联机构具有指导意义。     

6-SPU并联机器人的轨迹规划与仿真

针对航空制造领域中对飞机机翼等大型工件的高加工精度、高生产效率等要求。首先,通过螺旋理论对6-SPU并联机器人进行了机构自由度的分析,并根据弗莱纳-雪列空间三元矢量原理以及并联机构的逆运动学求解方法,对6-SPU并联机构动平台的运动规划进行了分析和研究,得到机构动平台在加工过程中的相应位姿。然后,利用齐次坐标变换矩阵和逆解运算公式进一步确定6-SPU并联机构动平台上末端执行器按照预期运动轨迹移动时在驱动副上所施加的驱动运动规律。最后,借助三维软件SolidWorks及MATLAB中Simulink仿真模块进行建模仿真,进而验证了对并联机构运动轨迹规划的可行性,为移动式并联加工平台的工程设计提供理论基础。     

基于边界搜索法的4UPS-UPU并联机构工作空间分析

设计了一种4UPS-UPU并联机构,通过矢量代数法求解该并联机构运动学逆解,给出关节变量与末端位姿间的映射关系.采用边界搜索法分析并联机构定姿态时的工作空间,获得工作空间的三维图形,计算工作空间大小.研究该并联机构的支链长度、动静平台半径和运动副转角等结构参数和运动参数对其工作空间大小的影响,为机构的参数优化及轨迹规划提供理论依据.     

一种新型3-PRS并联机构的位姿误差分析

针对一种新型3-PRS并联机构的3个基座位置可调、工作空间可变的特点,分析该机构的末端位姿误差,提出了采用几何解析法求该机构的运动学正解,进而推导出动平台末端位姿误差的分析方法,并运用软件仿真3个基座在不同位置时的动平台末端位置和方向。结果表明,3个基座在取不同参数时,末端的位姿误差有明显变化。此研究对该新型3-PRS并联机构的误差补偿提供了有益指导。     

可实现自动翻正的仿生四足机器人的设计与分析

针对四足机器人从空中无意跌落或被空投时的姿态调整及安全着陆问题,设计了一种可以实现自动翻正和落地缓冲的仿生四足机器人;建立了双刚体运动学模型,推导了转身率与弯曲角之间的关系;以能量耗散最小为优化目标,建立了优化问题的数学模型,求解了最优输入速度及对应的能量;在此基础上,设计了含有3个电机的机器人样机,分析了整个翻身落地过程的动作时序,建立了动力学模型并进行了仿真。仿真结果表明,该机器人结构及输入参数可以实现自动翻正,设计的腿部弹簧有助于避免机器人翻倒,减小了落地碰撞的加速度,起到了落地缓冲作用。文中设计与分析过程为可实现自动翻正的仿生四足机器人的研发提供了参考。     

面向难变形材料精密成形的板式楔横轧机研究

为满足楔横轧工艺研究的需要,推动板式楔横轧机在我国的应用与发展,中国科学院金属研究所与白俄罗斯科学院物理技术研究所共同开展了高精度板式楔横轧机(IM500)的研制工作.IM500轧机采用卧式水平结构和液压驱动的单板可动设计方案,由主体机械结构、液压站、电控柜三部分组成.在主体机械结构方案设计过程中,采用有限元模拟方法进...     

Study on the tribological behaviors of polyelectrolyte multilayers containing copper hydroxide nanoparticles

In this paper, we reported the tribological behaviors of polyelectrolyte multilayers (PEMs) containing copper hydroxide nanoparticles, polymer films were prepared by the sequential adsorption Poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) alternately on substrate. The nucleation of copper hydroxide nanoparticles was achieved using a cyclical absorption-hydrolysis process in which copper ions were absorbed into the polymer matrix (which bind to the sulfonate groups) and then hydrolysis in an alkali solution. The structure and the morphology of before and after the in-situ synthesis copper hydroxide nanoparticles in the PEMs matrix have been explored. The coefficient of friction as a function of sliding velocity and normal load also has been studied. The composites exhibited increased wear resistance compared with the pristine polymer films. This may partly be attributed to the enhanced load-carrying capacity of the inorganic nanoparticles in the PEMs. Dr. Pingyu Zhang, Professor of Laboratory for Special Functional Materials, Henan University. He received his Ph. D. in physical chemistry from Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences. He worked on tribological study in State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences 1983 to 2003. After that he was engaged as a special visiting professor of Henan University. His main research interest is in study on tribology of ultrathin films of ordered assembling systems, tribology of coatings and Micro-nanotribology. And he has authored and co-authored over 40 journal articles in Langmuir, Thin Solid Films, and Wear etc.     

表面等离子谐振(SPR)生化分析仪的研制与发展

表面等离子谐振（Surface Plasmon Resonance，SPR）生化分析仪是一种基于物理光学原理的新型生化分析系统。近年来SPR传感技术受到重点研究和发展，高通量、高灵敏度、小型化是其发展趋势。SPR生化分析仪在国外已经商品化。国内中国科学院电子学研究所研制成功具有自主知识产权的一系列SPR生化分析仪，其主要技术指标达到或优于国际上同类设备的先进水平，已在很多研究领域中应用。     

基于脉冲电晕放电电离源的离子迁移谱仪设计与实现

针对传统直流电晕放电离子迁移谱仪(CD-IMS)稳定性差、功耗高的不足,设计制备了针-针结构脉冲电晕放电电离源,并使用该电离源搭建了脉冲CD-IMS装置。研制的高压脉冲发生电路输出幅值和脉冲重复周期可调,体积小、功耗低。研究了放电稳定性并进行了实际样品测试,在无离子门的情况下得到了正、负离子模式反应离子峰谱图。该装置在正负模式下的分辨率分别为25.17(甲基磷酸二甲酯(DMMP)二聚体)和15.88(水杨酸甲酯)。     

灰熔聚流化床粉煤气化模拟

灰熔聚流化床粉煤气化技术是中科院煤化所开发的一种新型的粉煤气化技术,采用ASPEN PLUS模拟,可以比较准确地计算气化产物中H2、 CO、 N2、 H2S、 H2O的含量。通过ASPEN PLUS模拟计算得出,如果希望提高气化产物中有效组分H2和CO的含量,应尽量减小氧气和水蒸气的流量。     

Current problems of engineering science

The current problems of the establishment and development of fundamental engineering science are exposed in a historical aspect of scientific and technological progress. Shown are the basic directions of studies at the Blagonravov Institute of Engineering Science of the Russian Academy of Sciences in the near term.     

Development of mechanisms of parallel structure

Different mechanisms of parallel structure synthesized and patented by the employees of the A. A. Blagonravov Institute of Machine Science, Russian Academy of Sciences, are considered. Mechanisms have different degrees of freedom and different numbers of connecting kinematic chains. They are meant for different technical applications.     

Applications of digital image recorders in beam diagnostics systems

A digital luminescent screen glow recorder designed for using in plants of the Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, is described. General aspects of implementing the unit and possible versions and special features of designing these units on the basis of different elements are considered. The analysis of factors affecting the selection of types of the light-sensitive image recorder (elements, which directly determine optical characteristics of the recorder) is performed. The results of practical applications of this unit for measuring beam characteristics of the ЛИУ-2 induction accelerator designed at the Institute of Nuclear Physics are given.     

High-resolution electron microscopy and its applications

A review of research on high-resolution electron microscopy (HREM) carried out at the Institute of Physics, the Chinese Academy of Sciences, is presented. Apart from the direct observation of crystal and quasicrystal defects for some alloys, oxides, minerals, etc., and the structure determination for some minute crystals, an approximate image-contrast theory named pseudo-weak-phase object approximation (PWPOA), which shows the image contrast change with crystal thickness, is described. Within the framework of PWPOA, the image contrast of lithium ions in the crystal of R-Li₂Ti₃O₇ has been observed. The usefulness of diffraction analysis techniques such as the direct method and Patterson method in HREM is discussed. Image deconvolution and resolution enhancement for weak-phase objects by use of the direct method are illustrated. In addition, preliminary results of image restoration for thick crystals are given.