可拆卸式气浮导轨滑架组件的设计与分析

设计了一种可拆卸式整体气浮导轨组件结构,该气浮导轨滑架采用框架组合结构,可更换多种型号及不同数量的气浮轴承,实现对称和非对称全封闭结构布置。研究了气浮轴承安装位置对平台性能的影响。研究表明:所设计的滑架定位装置能够保证在更换气浮轴承时滑架与气浮导轨的相对位置保持不变,定位装置结构简单、操作方便,对进一步提高气浮导轨对整个精密平台的性能具有重要的指导和借鉴意义。     

直线电机气浮精密平台的设计与控制

高精度综合测量仪在工作中要求达到亚微米级的运动精度,为此建立了X Z直线电机气浮精密运动平台,对气浮导轨设计、直线电机控制等关键技术进行了研究.采用有限元设计法设计了气浮导轨,实验结果表明,采用该方法设计的气浮导轨具有较高的承载能力和刚度.提出一种改进的PID控制策略,从而改善直线电机运动平台的抗干扰能力,并使其获得较高的稳态位置精度.实验结果显示,在采用这种控制方法后,直线电机气浮精密平台的定位精度可达到0.5μm.     

气浮导轨性能测试实验台设计与分析

在超精密气浮定位平台研究工作中,对静压空气轴承的安装位置对系统影响的研究相对较少,文中介绍了一种新型机械结构的气浮导轨性能测试实验台,实验台导轨滑架采用焊接框架组合结构,实现不同类型气浮轴承的更换及不同数量的气浮轴承的安装,形成不同结构布局的气浮导轨,能够满足多种气浮导轨的实验研究,提高了气浮导轨实验台的利用率和使用范围。此实验台具有机械精度高、系统刚度大、结构稳定性好,安装使用方便等特点。     

定位运动平台气浮导轨设计

针对高加速度高精度定位气浮平台对气浮导轨高刚度高承栽能力的要求,采用二维线性插值和有限元法推导平面气浮空气轴承的静态性能公式,利用数学软件MATLAB编写有限元程序计算气浮导轨的静态性能并分析相关参数对静态性能的影响.有限元分析结果表明:当气浮平台中节流孔之问的排距与气浮面宽度的比值为一定值、气浮厚度为另一定值时,气浮平台的角刚度和承栽能力得到较优值.研究结果为气浮导轨的静态性能优化提供了理论参考,为气浮平台的结构优化提供了方向.     

二维运动平台气浮静压导轨承载性能计算与研究

为了进一步探索和研究气浮静压润滑支承机理及气浮静压导轨承载性能,提出并研制了一种具有气浮静压润滑支承的精密二维运动平台。结合气浮静压导轨的物理模型建立了其笛卡儿坐标系下的控制方程,采用有限差分方法和流量平衡原理对其控制方程进行了离散差分推导,运用超松弛迭代以及二分快速寻找收敛区间法对其承载性能进行数值计算并开展了实验研究。结果表明：气浮静压导轨承载性能受节流器类型的影响比较显著,多节流孔节流器的承载性能明显优于单节流孔节流器;供气压力对气浮静压导轨承载性能影响显著,供气压力越高其承载性能越强;同等条件下气浮静压导轨组合形式承载性能均优于单独形式承载性能;气浮静压导轨的承载性能实验测试结果和数值计算结果具有较好的一致性,验证了数值计算的有效性。相关研究对推动和促进气浮静压轴承和导轨在精密运动机构和测量设备的研究和工程应用具有较好的借鉴和指导意义。     

超精密气浮定位平台动力学特性分析

设计了一种超精密气浮定位平台,并运用Ansys对导轨和滑台分别作了有限元模态分析,校核了其动态刚度。在此基础上,分析了导轨的厚度对导轨刚度的影响以及滑台顶板厚度对滑台刚度的影响,为结构的优化设计提供了参考依据。分析结果显示,定位平台的刚度满足设计要求。     

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。     

气膜结构对长光栅刻制气浮平台气膜特性的影响

为满足长光栅刻制气浮平台的设计要求,通过建立气浮导轨上气膜面的有限元模型,以承载能力、耗气量及流场"死区"速度作为性能指标,分析不同的节流器和均压槽形式对气浮导轨气膜特性的影响。结果表明:不同的导轨结构会造成压力场特性发生变化,进而影响气膜承载力、死区速度及耗气量;3×3节流器王字型均压槽的结构形式能有效提高承载能力,消除速度死区,且耗气量未明显增加,该结构能满足长光栅刻制对气浮平台长时间工作的要求。     

大行程精密定位平台偏摆误差的补偿方法

精密定位平台在导轨动连接处刚度较差,在高速高动态工作中这里易产生偏摆振动。为了减小偏摆误差对定位平台的影响,提高定位精度,通过对直线电机驱动、气浮导轨支撑和导向的高精度定位平台进行研究。根据定位平台偏摆误差的动态特性,采用偏摆误差补偿方法,设计一种偏摆误差检测系统,采用平尺和微位移传感器相结,具有高频响、非接触式的特点。设计了一种基于压电陶瓷驱动的x,y两维微位移补偿机构。同时,通过将气浮导轨滑块副简化成弹簧、质量和阻尼相结合的系统,推导出了定位平台两自由度的偏摆振动模型。基于误差补偿系统的偏摆误差补偿实验表明,精密定位平台的定位精度得到了较大提高,定位平台的定位精度优于2μm。     

基于线性驱动的空气静压导轨定位平台的静态偏载特性

针对现有定位平台精度较低和设计复杂等的问题,采用有限元差分法对一种新型气浮定位平台中的驱动装置进行了数值仿真分析,在Reynolds方程的控制下,通过理论分析动导轨在气膜间距变化下的运动机理,及在工作过程中产生一定偏载作用时得到驱动装置的承载力。研究结果表明:气膜间距的变化对承载力有相对明显的影响,动导轨的偏载对整个平台的承载力有较为明显的影响。可以为进一步研究气浮定位平台提供理论依据。     

空气静压导轨的精度研究

本文根据精密机械的精度理论和空气静压的工作方程,对影响导轨总精度的各个因素进行了较详细的探讨,并推导出了空气静压导轨的精度计算方程式。同时,对精度的综合和分配也提出了看法。     

闭式双排节流孔矩形气浮导轨的计算方法(二)

闭式双排节流孔矩形气浮导轨是气浮导轨中最常见的结构,本文推导了它的计算方法,从而为该导轨的设计找到了一条有效、快捷的途径     

复合载荷作用下闭式气浮导轨的有限元计算法

为了获得气浮导轨设计的更为准确的结果，需要在设计计算中将导轨所受的正压力和倾覆力矩同时考虑进去，为此将有限单元体上的分布力简化成集中力，并通过力的等效替换求得了导轨在复合载荷作用下的设计方法。为了分析这种简化可能带来的误差，又推导出了事先估计和事后校验误差公式。     

The Standard Friction Test Condition between Woven Fabric and Skin in Wet States

In order to recommend a suitable friction test condition in a wet state, the friction force and its fluctuation trend between woven fabric and human skin during the fabric hanging process were investigated. It was found that the friction between fabric and skin first increased and then reached a maximum value in the second time node. Then the friction began to decrease gradually to a minimum value in a dry state. It was noted that the large drops of water on the fabric surface had already scattered and the operability was relatively strong at the second time node. Thus, this suitable relative hanging time (T = 0.2) was recommended as the standard friction test condition between woven fabric and skin in a wet state. It was also found that friction in the recommended wet state was three times that in the dry state. The friction between woven fabric made of natural fibers and skin was generally greater than that for woven fabric made of chemical fibers. Under the recommended friction test conditions, at least nine friction tests were required for each friction pair of woven fabric and human skin.     

基于ROS的机器人宇航员模型构建与仿真验证

随着我国空间站项目的稳步推进和机器人技术的发展,研发可以协助甚至代替宇航员进行危险舱外操作的机器人宇航员成为亟待研究的课题。首先建立了双臂仿人机器人宇航员的URDF模型,而后基于机器人操作系统提供的三维仿真工具Rviz,构建机器人宇航员的三维虚拟运动仿真环境,并进行了仿真实验。实验表明,机器人宇航员可以完成物体抓取、搬运等任务,证实了机器人宇航员模型结构的合理性。     

精密实验平台的非线性摩擦建模与补偿

非线性摩擦是影响高精度机械伺服系统动静态性能的主要因素之一。针对精密实验平台随行程位置不同表现出不同的摩擦特性,提出了一种基于LuGre模型的改进型摩擦建模方法,以速度和行程位置信号作为模型的输入变量,并用遗传算法对该模型的动静态参数进行辨识。基于改进型摩擦模型,分别通过精密实验运动平台及其相应的伺服仿真平台进行了摩擦现象和摩擦前馈补偿的实验和仿真。实验结果表明,摩擦补偿后的跟踪误差值约为补偿前的1/3,系统的静差也由原来1.4μm减小到0.4μm,与仿真平台摩擦补偿前后的现象基本一致。该改进型LuGre摩擦模型能直观、精确地描述实验平台的摩擦特性,基于该摩擦模型的前馈补偿减小了系统的跟踪误差,提高了系统的定位精度。     

精密定位系统的摩擦力建模与补偿

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度,建立了优化Stribeck摩擦模型,对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先,对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化,采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后,对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较,发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%,对摩擦力具有更好的补偿效果。最后,在大行程二维精密定位平台上进行验证,根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动,0.05 m/s为高速运动,在这两种速度下进行实验,并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明：精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时,优化模型的跟随误差减小了67.67%;在速度为0.05 m/s的高速运动时,优化模型的跟随误差减小了51.63%,验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。     

缘板干摩擦阻尼叶片振动计算的传递矩阵法

为了研究带缘板干摩擦阻尼器叶片的振动问题,本文将用于链状结构系统的传递矩阵法引入到板状结构的叶片振动计算之中。简化叶片结构的物理模型、推导各种站型的传递矩阵,并用算例说明传递矩阵法在模型叶片振动计算的应用。用ANSYS有限元对叶片振动进行计算,以验证传递矩阵方法及计算结果的正确性。计算结果表明:传递矩阵法能够用于叶片振动计算;采用缘板干摩擦阻尼器对叶片的减振效果显著。     

DYNAMIC MODELLING FOR ROLLING SLIDEWAYS ASSEMBLY WITH DAMPING OIL-FILMS

ＤＹＮＡＭＩＣＭＯＤＥＬＬＩＮＧＦＯＲＲＯＬＬＩＮＧＳＬＩＤＥＷＡＹＳＡＳＳＥＭＢＬＹＷＩＴＨＤＡＭＰＩＮＧＯＩＬ－ＦＩＬＭＳ．ＤＹＮＡＭＩＣＭＯＤＥＬＬＩＮＧＦＯＲＲＯＬＬＩＮＧＳＬＩＤＥＷＡＹＳＡＳＳＥＭＢＬＹＷＩＴＨＤＡＭＰＩＮＧＯＩＬ－ＦＩＬ...     

具有谐波减速器柔性关节摩擦力辨识及控制

为了减轻关节重量,提高关节输出力矩,在关节内部集成谐波减速器等部件。然而,谐波减速器的加入,不仅增加关节柔性,而且导致关节内部摩擦力复杂。针对具有谐波减速器的柔性关节,提出了摩擦力辨识方法,并且的得到关节摩擦力模型与Strbeck摩擦力模型相似的结论。搭建了柔性关节试验平台,利用辨识的摩擦力模型有效的补偿了关节内部摩擦力的影响,提高了关节的控制精度。