一种柔顺机构结构模型与自由度计算

在分析柔顺机构基本结构的基础上,针对柔性铰链的复杂性,给出了柔顺机构结构模型的表示方法及基本准则,基于结构模型提出了柔顺机构结构拓扑图和邻接矩阵的表示方法。针对柔顺机构在有效运动范围内具有确定运动的特点,提出了有效自由度的概念并给出了计算方法,避免了可变自由度的产生。以柔顺捕鱼钳为例分别验证了结构模型、拓扑图、邻接矩阵及自由度计算对于柔顺机构分析是有效的。     

柔顺机构的研究进展

柔顺机构是利用自身柔性构件的弹性变形来转换力、运动或能量的一种新型机构.经过20多年的发展.柔顺机构已成为现代机构学的一个重要分支,并在许多领域得到了应用.根据掌握的大量文献资料,对柔顺机构的静力学、运动学、动力学、优化设计和应用等几个领域的主要研究成果进行了系统总结,分析了柔顺机构存在的问题,并对其发展方向进行了展望.     

有限元方法在RCC柔顺手腕设计中的应用

在考虑RCC柔顺手腕的非线性因素的条件下,以现代的计算机辅助工程软件ANSYS为工具,探讨和研究了有限元方法在RCC手腕变形仿真、刚度计算中的应用。     

基于串联弹性驱动器的柔顺机械臂设计与仿真

基于串联弹性驱动器(SEA)提出了一种三自由度柔顺机械臂的设计方案,用来模拟人手臂的运动,提高其对环境的适应力,实现良好的柔顺性。利用三维造型软件Inventor建立了三自由度柔顺机械臂的三维模型;针对柔顺机械臂关节提出了一种具有拮抗形式的弹性驱动方法,采用主动驱动弹簧和被动约束弹簧构成柔性张拉弹簧组合,以模拟肌肉-肌腱组织的收缩运动;通过动力学仿真软件Adams进行了驱动仿真分析和静动态冲击实验,结果表明在受到冲击时,柔性关节可以产生较大的柔性转角并快速衰减到稳定的运动状态,证明了该机械臂可以有效减小冲击,具有良好的柔顺性。     

机器人装配作业主被动复合柔顺的CMAC系统

文章研制了一维搜索手腕,提出了一种称为"一维搜索"的机器人装配作业主被动复合柔顺策略,将主动搜索自由度降低到一维,同时最大限度的利用被动柔顺.设计了以装配力信号为输入的小脑模型神经网络,建立了机器人复合柔顺装配作业的CMAC系统,收到良好的装配效果.     

3-RPC分布柔度式柔顺机构结构设计

针对传统柔性并联定位机构定位精度低,无法满足高精度定位要求的问题,提出分布柔度式柔顺机构。基于传统并联机构为设计原型,采用拓扑优化理论对空间定位机构进行拓扑优化设计,以得到空间分布柔度式柔顺机构,首先,以3-RPC传统并联机构为研究对象,建立微运动矢量映射关系。然后,建立3-RPC分布柔度式柔顺机构的材料插值模型,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,并建立其拟合修正后的三维模型。最后,通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析,并对3-RPC分布柔度式柔顺机构实体模型进行试验研究。结果表明:与同构型的柔性并联机构相比,空间分布柔度式柔顺机构具有相同的微动特性,定位精度高,误差在允许范围内,进而验证了空间分布柔度式柔顺机构的拓扑优化设计方法的有效性,为空间分布柔度式柔顺机构优化设计提供了新思路。     

环氧树脂对深海设备复杂结构防腐用填充材料的吸水行为影响研究

深海复合泡沫材料广泛应用于海洋开发、深海勘探等众多领域,除了提供浮力外,还能用于某些复杂结构的防腐保护。在复合泡沫材料树脂基体组成中,环氧树脂占有十分重要的地位。本文通过对双酚A、双酚F、氢化双酚A和混合型环氧树脂在静水压下的吸水性研究,考察了环氧值、主链柔顺性、侧基柔顺性和特殊基团结构对树脂性能影响。结果表明环氧值低的双酚A树脂吸水率较高,主链和侧基的柔顺性有利于树脂吸水,同时含有酯基基团环氧树脂吸水率较高。     

基于正交实验法的柔性平行四杆机构类型与尺寸综合分析

柔性平行四杆机构被广泛应用于精密传动机构中,为了深入研究具有最优机构综合的柔性平行四杆机构,首先利用Solid Works对基于直梁型、正圆型和椭圆型3种柔顺铰链设计的柔性平行四杆机构进行建模,后利用ANSYS Workbench对3种柔性平行四杆机构进行了相关的比较分析,得出在同种变形情况下利用正圆型柔顺铰链设计的四杆机构具有最小的最大应力值。然后利用正交实验设计方法设计了一个三因素三水平的正交实验表,通过分析得出同种变形条件下基于正圆型柔顺铰链设计的平行四杆机构尺寸三因素的最佳组合设计,同时采用追加试验的方法验证了正交试验的可行性。接着利用SAS软件对正交试验表中的相关数据进行了多元线性回归分析,由此建立了最大应力值与三因素之间的数学模型,并利用该数学模型验算了最大应力值。最后,将ANSYS Workbench分析得到的最大应力值与SAS软件拟合模型通过计算得到的相关数值进行了误差分析,并通过计算得知两者间的平均误差不超过0.88%,从而验证了该模型具有较高的可靠性。采用的正交试验分析方法及SAS软件分析的思路对柔顺机构的设计及分析提供了一定的参考。     

稀土复合孕育剂对低铬钼灰铸铁性能和组织的影响

研究了稀土复合孕育剂RCC对高碳当量低铬钼灰铸铁性能和组织的影响，结果表明，用RCC处理高碳当量低铬钼灰铸铁能稳定获得生产缸体、缸盖用的高强薄壁灰铸铁。     

基于柔性元结构的机械产品快速设计方法和工具的研究

提出柔性元结构、柔性虚拟模块、柔性元结构模板的概念,阐述了柔性元结构的功能结构映射关系,并以此为依据概括了柔性元结构的划分原则,同时对其在快速设计系统中的实现进行了详细的论述.     

基于正交设计的WLCSP柔性无铅焊点随机激励应力应变分析

对晶圆级芯片尺寸封装(wafer level chip scale package, WLCSP)柔性无铅焊点进行了随机振动应力应变有限元分析. 以1号柔性层厚度、2号柔性层厚度、上焊盘直径和下焊盘直径四个结构参数作为关键因素,采用正交表设计了16种不同结构参数组合的柔性焊点,获取了16组应力数据并进行了方差分析. 结果表明:焊点内最大应力应变随1号柔性层厚度和2号柔性层厚度的增加而减小;在置信度99%时,下焊盘直径和上焊盘直径对应力具有高度显著影响,在置信度95%时1号柔性层厚度和2号柔性层厚度对应力具有显著影响;各因素对应力影响排序为:下焊盘直径影响最大,其次是上焊盘直径,再次是1号柔性层厚度,最后是2号柔性层厚度.     

Elasticity studies of the critical thickness of an epilayer deposited on a compliant substrate

The critical thickness of an epilayer on a compliant substrate with the semiconductor-on-insulator configuration is analytically investigated by isotropic elasticity using both superposition and Fourier transformation. The sliding boundary condition is adopted along the interface between the thin crystal substrate and the amorphous insulator layer where elastic constants differ from those of the crystal substrate. The critical thickness is determined from the zero formation energy of a misfit dislocation, i.e. the amount of reduced mismatch strain energy equaling the amount of created dislocation self energy. The results show that the critical thickness increases with decreases in the thickness of the thin crystal substrate and the elastic constant of the insulator, while Poisson's ratio has slight influences on the critical thickness.     

W/Cu面对等离子体部件适配层选择优化

利用ANSYS有限元分析方法,从适配层的引入对W/Cu面对等离子体部件界面热应力降低以及表面温度影响等角度来进行适配层的选择和优化研究。分析结果显示:NiCrAl、Ti和W/Cu适配层均能有效降低界面最大热应力,其中W/Cu适配层使其降幅高达23%;W/Cu适配层的应用对等离子体部件温度分布影响较小;对于1mm钨涂层,0.1mm、25vol%W/Cu是最优化适配层结构。     

可重构柔性模具蒙皮包覆拉形仿真系统开发

针对飞机蒙皮拉伸成形工艺中的包覆成形方式,基于有限元软件PAM-STAMP 2G平台,利用其二次开发工具Stamp Tool Kit,开发蒙皮拉形工艺仿真专用系统.将复杂的前置处理过程进行封装,可方便地对带弹性挚层的可重构柔性模具蒙皮拉形包覆成形过程进行弯曲、成形、切边及回弹过程模拟.系统实现了对飞机蒙皮拉形成形质量的预测,有较强的实用性和可靠性.针对所开发的系统,研究了不同挚层厚度对抑制成形板料表面压痕的规律,发现对于可调钉柱其截面尺寸为30 mm×30 mm的柔性模具,垫层厚度大于等于25 mm时可达到很好抑制表面缺陷的目的.     

电连接器鱼眼端子插拔力及可靠性研究

为了探索鱼眼端子插合过程中的插拔力和可靠性,首先对鱼眼端子的结构尺寸进行验证,通过ANSYS Workbench软件进行仿真计算并与实测值对比,得出其插拔力和材料应力均满足设计要求。然后通过改变鱼眼端子四周圆角,对鱼眼端子插合过程中的插拔力和接触状态进行仿真模拟并进行试验验证,得出圆角大小对鱼眼端子插合过程中的插拔力和可靠性的影响,其原因在于鱼眼端子圆角大小影响其插入印制板孔的接触面积。研究结果为鱼眼端子设计提供理论支持。     

Development of Fixture Devices for Thin and Compliant Workpieces

Fixturing of thin and compliant workpieces is in many ways technically more demanding than fixturing of stiff workpieces. Nowadays, thin and compliant workpieces, e.g., electrical parts containing semiconductor substrates must be supported with uniform contact force in order to assure high positioning accuracy. In particular, workpiece supporters must suppress workpiece deformation during machining. This study presents new fixture devices that can support thin and compliant workpieces securely and minimize the deformation due to the machining force. A low melting temperature alloy was used in the support structure to fulfill the required functions with simple structure.     

A novel methodology for the development of compliant mechanisms with application to feed units

This paper highlights the process of developing compliant mechanisms. Because of their high precision and the absence of friction compliant mechanisms are especially suitable for the use in micro manufacturing. In the following a systematic methodology of the development process is presented, including the design process, the realization of a mechanism and an application for feed units. At the first stage of design the topology of a compliant mechanism and the geometry of the flexure hinges are generated applying optimization methods. Afterwards efficient modeling strategies are applied to ensure dynamic models with high accuracy and manageable size for further investigations. Using these models an open-loop control is designed by means of mathematical trajectory optimization. At the final stage models and open-loop control are applied to design a closed-loop control completing the feed unit. This holistic approach reduces time and effort of the development process significantly. It supports the developer in creating reliable and innovative compliant mechanisms for a wide range of applications.     

Performance of Pseudo-Elastic Flexure Hinges in Parallel Robots for Micro-Assembly Tasks

This paper presents the application of pseudo-elastic flexure hinges in parallel robots for micro-assembly tasks. The material used for the flexure hinges is a shape memory alloy permitting angular deflections of ± 30°. Based on this flexibility sufficiently large workspaces of the robots can be achieved. Simulations show that kinematic deviations caused by flexure hinges are reducing the absolute positioning accuracy of compliant mechanisms. Likewise the simulations indicate that the kinematic behaviour of compliant mechanisms differs only slightly from their counterparts with conventional joints, which are analytically described by means of a rigid-body model. Experimental measurements with two compliant robots show the possibility to increase repeatability and resolution by using flexure hinges.