行为机构学与高端装备创新设计

近年来,科技的迅猛发展对高端装备以及各类机器的环境适应性、交互能力等提出了更高要求,一类新的机构学研究方向——基于“交互特性”的行为机构学研究呼之欲出且迫在眉睫。在尝试阐述行为机构学内涵的基础上,重点展望行为机构学的6个重点研究方向和两大核心科学问题,其中重点研究方向包括机构与机器的行为学基础与表征方法、适应性机构学理论、超材料/超结构、面向群体/群智行为的机构综合理论与技术、人-机器人共融的机构学基础、面向性能保障与增强的其他行为机构学基础等。通过对航空航天领域复杂加工、太空深海探测等几个典型应用场景的示例枚举,展现行为机构学研究潜在重要的科学与工程价值,行为机构学对高端装备的创新设计和应用可起到重要支撑作用。     

直角切口柔性铰链串联支链的屈曲分析

利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程,建立计算直角切口柔性铰链串联支链屈曲临界力的数学模型,在建模过程中定义平均屈曲临界挠度系数并给出其确定方法.采用商用有限元软件ANSYS8.0对大量不同参数的串联支链模型进行有限元屈曲分析,分析结果与根据数学模型计算得到的屈曲临界力十分接近,说明了所建数学模型的正确性.研制测试柔性铰链串联支链屈曲临界力的专用试验装置,针对加载载荷尺寸对柔性支链屈曲的影响,提出载荷等效长度的概念.试验结果表明:屈曲临界力的试验值与理论计算值相吻合,从而验证所建数学模型具有较高的参考价值,可以作为柔性铰链串联支链屈曲优化设计的指导理论.     

全柔性机器人机构结构动力学分析方法研究

全柔性机器人机构是一种新型机构,多用于高精度的场合。由于其动力学性能会影响其终端的定位精度,因此,有必要对其结构动力学进行研究。具体将全柔性机器人机构作为结构体,分别采用理论简化建模、有限元和试验测试三种方法对其进行了结构动力学方面的研究,并进行了实例分析。首先通过理论简化建模计算出全柔性机器人机构的固有频率,采用商用有限元软件对该机构进行了模态分析,并对该机器人的模态频率进行了试验测试。有限元分析及试验结果均表明了简化模型计算结果有一定的精度。     

多模式机构研究进展

多模式机构作为可重构机构的一个重要分支具备运动模式转换时间短、所需驱动器少等优点,在各个领域都极具应用前景。经过20年的发展,虽然涌现出一系列多模式机构的设计、分析方法,但是多模式机构的研究仍面临诸多挑战。根据不同运动模式下的几何、结构特征,概括并详述了多模式机构利用关节轴线、杆件和多模式单元进行运动模式切换的三种形式;从方法和技术的角度,综述了多模式机构在构型设计、运动模式分析以及应用方面的国内外研究现状,并对多模式机构面临的挑战与发展趋势进行了展望。     

3自由度柔性微机器人的静刚度分析

柔性微机器人要求具有很高的定位精度，而其静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对目前对柔性微机器人静刚度分析中存在的不足，采用了结构分析中的柔度矩阵法：首先建立起机构中柔性单元的柔度模型，同时通过不同坐标系间的转换和单元节点处位移协调方程和力平衡方程的建立，递推出机器人末端相对参考坐标系下的静刚度矩阵。最后，以3自由度并联柔性微机器人为实例分析了该机器人的静刚度。分析表明：利用柔度矩阵法分析柔性微机器人运动学问题不仅便于计算，更接近柔性机构的本质。     

一维远程运动中心机构的型综合

一维远程运动中心机构的型综合是研究多自由度远程运动中心机构构型的基础.现有的远程运动中心机构的形式有限,需要一种有效的方法构造出新的远程运动中心机构.对现有一维远程运动中心机构形式进行分类综合,给出了现有一维远程运动中心机构的五种类型:基于单个转动副、平面弧形滑轨、平行四杆、等比同向传动以及其他非严格意义上的远程运动中心机构.通过引入涵盖范围更广的平面虚拟中心机构,提出一种将两个虚拟中心机构组合构造新型一维并联型远程运动中心机构的型综合方法.这种方法也适用于混联型远程运动中心机构的构型综合.针对不同的虚拟中心机构形式给出了具体实例,得到若干新构型,证明了型综合方法的有效性.     

三角形柔性铰链的建模与分析

作为一种旋转单元,三角形柔性铰链可以组合为性能更加优良的柔性模块或柔性机构,如车轮形铰链、蝶形铰链等。建立准确的受力模型,分析其载荷—位移特性成为设计复杂铰链或机构的关键所在。基于近似的悬臂梁模型,建立三角形柔性铰链在同时受到弯矩、切向力和轴向力作用下精确的转角模型。得到未被近似的轴漂计算公式,并根据公式推导实用的轴漂模型。转角和轴漂模型都简洁地表征了载荷—位移关系,最后,通过有限元分析验证了所建立的模型的准确性。     

全柔性机构与MEMS

柔性机构是一种新型机构。首先描述了柔性机构和全柔性机构的概念及特点,论述了它们与MEMS之间的关系。然后详细介绍了全柔性机构在MEMS领域内包括微装配、微操作等应用背景下的状况及前景。最后就对全柔性机构研究中的几个关键技术问题如机构的分析、设计及加工,柔性铰链的选择与设计,驱动器的选择及设计等进行了探讨。     

曲梁三角形柔性铰链力学建模与分析

直簧片柔性铰链研究结果表明,簧片的约束行为对柔性铰链的刚度和精度特性具有本质影响,而具有放松约束行为的弯曲簧片一直缺乏系统研究,其非功能方向的约束特性具有重要研究价值.尤其对于曲梁三角形柔性铰链,建立直观的力学模型,对于放松约束行为的曲梁柔性铰链拓扑研究具有重要意义.基于Awtar曲梁模型公式,在普遍受力状态下,建立基于曲梁的三角形柔性铰链转角数学模型,并推导出轴漂数学模型,理论分析与有限元分析结果精确吻合,说明数学模型的正确性,同时,计算结果表明,曲梁柔性铰链约束行为具有较多变化,为新型柔性铰链的设计提供了新的思路.     

新型顺序注射分析系统的研制

介绍了一种由单片机控制的新型顺序注射分析系统。系统主要由高精度注射泵、八通道多位阀和带流通池的检测器构成。阐述了各个功能模块的工作原理、硬件结构设计。研制了SIA实验样机,用于发酵过程中在线分析,实现了准确、自动的分析要求。