新型灵巧手指六维力传感器参数设计方法研究

研究机器人力传感器性能与其结构参数关系，对机器人力传感器结构参数的合理选择有重要意义。提出了一种以等平台Stewart机构为原形的新型机器人灵巧手指六维力传感器，基于对其位移刚度椭球和扭转刚度椭球的分析，分别定义了其位移刚度和扭转刚度各向同性性能指标，并以性能图谱的形式给出了性能指标与结构参数关系，为基于各向同性性能的灵巧手指六维力传感器的结构优化设计提供了理论依据。     

一种新型柔性铰链的转动刚度推导与验证

设计了一种基于圆弧型薄板结构的柔性铰链,以力学与微积分相关理论为基础,给出了该结构转动刚度近似计算公式的推导过程,并用Matlab绘制了曲板内径等3个关键参数对其转动刚度的影响程度曲线,然后依靠有限元软件Ansys给出了转动刚度的仿真计算公式.最后对实体样件进行了刚度测试,验证了其解析模型和仿真模型的准确性.     

双柔性支撑板快速伺服刀架优化设计及测试

设计了一种基于双柔性支承板的快速伺服刀架用于金刚石车削加工非回转对称微结构表面,并对其性能进行了测试。根据约束条件推导了刀架柔性支承板的刚度解析表达式,同时给出了柔性板上最大Von Mises应力的计算公式。根据快速伺服刀架设计指标,优化了柔性支承板的结构参数,并根据上述结构参数,加工得到了快速伺服刀架。最后,搭建了快速伺服刀架控制系统,测试了它的静态及动态特性。测试结果表明,设计的快速伺服刀架的刚度为53 N/μm,最小运动分辨率为3 nm,工作行程可达20 μm。另外, 它的稳态跟踪误差小于4 nm,开环带宽为2 kHz,一阶固有频率可达3 kHz。测试结果不仅验证了所述设计方法的正确性,也表明采用双柔性支承板结构是设计高刚度、高精度微位移机构的一种有效方法。     

微结构参数对静压气体导轨节流系数和转动刚度的影响

小型复合节流静压气体导轨是保证光刻机高速运动和精确定位的关键部件.为提升导轨的承载力及刚度,在工作面常增加浅腔和沟道等微结构,但微结构对导轨的力学特性、特别是转动刚度的影响一直不清晰.采用网络自适应方法研究了微结构的四个主要参数的影响,以此为依据归纳拟合出修正节流系数,建立了带有修正节流系数的导轨性能半解析模型,揭示了微结构参数微米量级变化对导轨性能的影响规律.以转动刚度最优、兼顾承载力和刚度为原则,归纳了各微结构参数的选取表达式,用于指导同类型静压气体导轨的设计.以光刻机可变狭缝系统为例,采用提出的修正节流系数及微结构选取方法对下层导轨进行设计.试验表明,转动刚度达到10.3× 103N·m/rad,可以满足高速可变光阑加速扫描运动的需求,验证了方法的准确有效性.     

线结构光视觉传感器设计优化

线结构光视觉传感器的结构参数直接决定传感器测量精度。本文基于透视原理和坐标变换理论建立了线结构光视觉传感器的测量模型,并由此推导了传感器误差模型,分析了结构参数对传感器精度的影响及传感器像面误差分布。在对各参数综合分析的基础上,给出了传感器设计流程,推导建立了传感器设计约束方程,实现了传感器结构参数的自动与优化设计。     

倒圆角直梁型柔性铰链刚度研究

为研究倒圆角直梁型柔性铰链的刚度性能,利用材料力学和微积分的相关知识推导出该型柔性铰链的弯曲刚度和拉伸或压缩刚度计算公式。采用变截面梁单元建立该型柔性铰链的有限元模型,在一端固定、另一端承受力矩或力的边界条件下,计算分析该型柔性铰链的刚度。将有限元解与所推导出的解析解进行比较,以验证所推导刚度公式的正确性。改变倒圆角直梁型柔性铰链的各结构参数,根据所推导出的刚度公式,利用Matlab软件编程计算出刚度值,并分析倒圆角直梁型柔性铰链的弯曲刚度与其各结构参数之间的关系。     

基于Stewart构型的六维力/力矩传感器刚柔度性能研究

刚柔度是传感器的基本特性,是在工作空间中定量衡量其性能与结构参数间关系的重要指标.应用并联机器人机构学理论,对基于Stewart结构六维力传感器的性能指标进行理论推导,定义并分析了其刚度和柔度性能指标,为六维力传感器的优化设计和工程应用提供理论基础.     

超静定六维力传感器静定测量模型及标定方法

针对一种预紧式超静定Stewart结构六维力传感器,通过综合考虑传感器的整体刚度和分支杆变形的位移协调关系,以简洁的解析表达式推导得到了包含中间预紧分支作用的广义外力与6个测量分支轴向力之间的全映射关系,建立了超静定六维力传感器的静定测量模型,并提出一种超静定六维力传感器的静定标定方法,进行了标定实验及测试研究.研究内容为解决超静定并联式结构的六维力传感器受力分析提供了新的途径,同时为超静定结构六维力传感器的标定研究奠定了理论和实验基础.     

有多圈齿的高速转子应力的解析法分析

用解析法研究了有多圈齿的高速转子应力的分布，推导了一组用转子结构参数解析表达应力的计算公式，为转子结构参数的优化提供了强度约束条件。     

双筒式油气弹簧刚度特性解析计算与仿真分析

提出了油气弹簧刚度特性解析计算的一种研究方法。给出双筒式油气弹簧的结构简图,针对其结构特点,运用范德瓦尔实际气体状态方程推导弹簧的气室压力,同时创建了计算密闭容器内气体质量的求解方程式,并开展垂直刚度的解析计算,揭示了气体弹簧刚度非线性的特点。对试制样件进行弹性特性试验,与系统弹性力方程解析解对比验证了研究方法的正确性,同时开展了相关参数对油气弹簧刚度特性影响规律的研究,所得结论为气体弹簧的设计提供了参考。