锥型介电弹性体驱动器的性能研究

介电弹性体驱动器在机器人系统、医疗机械系统以及智能驱动系统方面已经显示出广泛的应用潜能,具有结构简单、质量轻、能量密度大、效率高、变形大的优点.采用3M VHB4910介电弹性体设计并制作了锥型介电弹性体驱动器,并进行了锥型驱动器的驱动实验.测得锥型驱动器在一个通断电过程中的力一位移曲线,并计算得到驱动器的差力为1.65 N.实验结果表明锥型驱动器在通电后可以较大的线性位移,面积变化率为15.49%,断电后又能较快地恢复初始位置.同时对驱动器在一个工作周期中的做功进行分析,指出锥型驱动器可以通过多层薄膜的叠加来提高输出功.     

压电陶瓷驱动器蠕变特性的研究

压电陶瓷驱动器具有位移分辨率高、体积小、响应快、输出力大、不发热等优点，但其固有的迟滞、蠕变和非线性，严重影响了它的定位精度。在大行程微动工作台中，需要借助于位移放大机构来克服压电陶瓷驱动器位移行程小的缺点，但放大机构在放大位移的同时，也放大了压电陶瓷蠕变和迟滞误差的影响。本文通过对一种大行程压电陶瓷微动工作台蠕变特性的研究性实验，得到了该机构的蠕变特性曲线，找到了压电陶瓷驱动器蠕变的规律，为进一步修正和减少蠕变误差的影响、提高系统的定位精度，提供了科学的依据。     

基于PZT非球面能动抛光盘的变形优化

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。一个口径100mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光磨盘已经试制完毕,用于一个口径350mm、k＝－1.112155、顶点半径R=840mm双曲面镜的加工实验。为研究PZT压电陶瓷驱动器迟滞效应对非球面能动抛光盘输出面形的影响,实测各PZT压电陶瓷驱动器的电压位移特性曲线,用基于径向基函数的神经网络算法建立各PZT压电陶瓷驱动器位移输出特性的数学模型并实施补偿,实测各PZT压电陶瓷驱动器迟滞补偿前后的位移输出值。最后利用有限元分析方法,得到迟滞补偿前后非球面能动抛光盘的输出面形,以及剩余残差RMS相应分别为1.910um、0.342um。通过补偿各PZT压电陶瓷驱动器的迟滞效应,非球面能动抛光盘输出面形精度得到了提高,剩余残差RMS减少了82%。     

仿肌肉-肌腱系统柔性驱动器设计与应用

骨骼肌被认为是一种强大的、灵活的、多功能的生物驱动器。随着软材料、柔性机器人和仿生学的不断进展,基于流体驱动的仿骨骼肌柔性驱动器因其呈现出明显学科交叉特性,成为当下研究热点。因此,以骨骼肌肌肉-肌腱结构概念为设计引导,开发一种大规模并行结构的高度仿骨骼肌柔性驱动器,称为仿肌肉-肌腱系统柔性驱动器。开展柔性驱动器应力,应变和力-速度测试。实验结果显示柔性驱动器的应力达到0.32 MPa, 提升载荷40 kg, 应变为11.7%,并具备与骨骼肌非常接近的力-速度特征。实现了高功率密度,高应力应变,高输出力和固有力学特性集成,并实现关节转动和摆动的应用。     

尺蠖式直线微驱动器的设计

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题,基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成,其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动,箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构,保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力,并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系,根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机,搭建了实验测试系统进行性能测试,测试结果表明,驱动器最大箝位力为216.43N,最大驱动力为13.5N,在驱动电压120V,频率95Hz时,达到最大速度48.91mm/s。     

导电聚合物驱动器电化学机械特性的研究

采用自行搭建的导电聚合物驱动器弯曲特性测试实验系统,研究其电化学机械特性。对不同长度的驱动器施加0~1V低电压,测量其顶端弯曲变形量;通过分析驱动器弯曲位移与电压的关系及位移与频率的关系,建立电机械转换模型。实验测试结果表明,电压与驱动器顶端力成线性关系;当电压为0.8V、采样周期为0.02s时,随着频率的增大,驱动器的弯曲位移逐渐减小。最后通过不同尺寸驱动器举起重物,验证了驱动器宽度越大,顶端弯曲力越大;驱动器长度越长,顶端弯曲力越小。     

主动光学系统力促动器的设计和测试

设计了一套用于控制薄镜面主镜面形的力促动器,并进行了实验测试。分析了常用的可以实现高精度、高稳定性的力促动器结构形式;结合实际情况和目前薄镜面主动光学实验系统的要求,设计了由步进电机驱动谐波减速器、精密丝杠传动,S型Loadcell反馈输出力变化的力促动器结构。最后,通过开环和闭环实验对结构进行了测试。实验结果表明,该力促动器行程为0~10 mm,输出力为—100 ~100 N,精度优于0.05 N,满足大行程、高精度微量输出和高稳定性要求,可以应用于主动光学支撑系统,同时也适用于其他精密调整结构。     

1.23m SiC主镜的本征模式主动光学校正

采用直接最小二乘法和自由谐振法对大口径高刚度SiC主镜进行主动校正易引入较多解算误差,故本文提出以主镜的本征模式进行主镜面型校正来优化解算校正力幅值,以改进系统校正效果。该方法首先对主镜的响应矩阵进行一系列数学转换,得到一组相互正交的主镜本征模式,然后以各模式面形拟合校正目标,解算校正力。对1.23m SiC主镜和主动支撑系统进行了有限元建模,通过仿真验证了提出方法的正确性。在此基础上,在搭建的1.23m SiC主镜主动光学实验系统上进行了主动光学校正实验,并针对实验系统进一步优化了提出的方法。实验结果显示:利用该方法可将实验系统主镜面形误差由0.23λRMS校正至0.048λRMS,表明以主镜本征模式进行主动校正,可有效抑制解算校正力幅值,提高系统校正能力。该方法适用于大口径、高刚度SiC主镜的主动校正。     

导电聚合物驱动器力学模型建立的研究

针对自制的三层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器的力学模型。测量驱动器施加低电压(0~1 V)时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立了电压与均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为0.7 V时位移可达到17 mm,并且得到电压与应变的比例因子近似为α=0.013。最后计算驱动器各等分点的理论偏转位移与测量值的偏差,得出最大偏差很小,验证了模型的有效性。     

气动柔性轴向驱动器结构与特性研究

自主研发了轴向位置及驱动力可控制的新型气动柔性轴向驱动器,驱动器采用双气囊结构,中部设置有导向轴,在保证驱动器轴向伸长的同时有效提高了横向刚度。根据经典橡胶理论,研究驱动器轴向伸长变形、驱动力与工作气压的关系,并分别得到了驱动器气压-伸长量、气压-输出力公式。通过搭建静力学实验平台,进行相关静力学实验,对驱动器力学公式进行验证。实验结果表明:驱动器力学公式与实验结果具有良好的一致性;驱动器伸长量随工作气压的增大呈非线性增加;工作气压一定时,输出力与伸长量呈反比;伸长量为0时,驱动器具有的轴向驱动能力最大,且随工作气压的增大呈线性增加;工作气压为0.18 MPa时,最大伸长量为28.1 mm,最大输出力为52.04 N。     

尺蠖型压电直线驱动器的动态特性

分析了尺蠖型压电直线驱动器的结构原理,建立了驱动器系统动力学模型。对驱动器定子进行了模态分析,并对分析结果进行了评价。对设计开发的驱动器样机输出特性进行了试验测试,实验测得驱动器单步输出位移稳定可靠,100 V驱动电压下,单步输出位移为9.8 μm。对驱动器直线动子的速度、加速度特性进行了测试,依据速度、加速度信号进一步分析了驱动器的动态响应特性。实验结果表明,所开发的驱动器具有动态特性好、运动稳定等优点。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

二维活塞泵空间凸轮的建模与实验

电静液作动器是当下十分热门的液压技术,与传统液压系统相比,在集成度、效率、功率密度方面具有明显优势。电动泵是EHA技术的关键,二维活塞泵的结构紧凑简单,摩擦副可靠性高,能够适应EHA的工况。空间凸轮是二维活塞泵最重要的零件,其建模和加工误差会影响泵的性能。为了获得更高精度的凸轮,通过三维空间的包络法,计算出滚子与凸轮的接触位置,结果说明接触线为一条空间曲线;建立了空间凸轮廓面的数学模型;通过先拟合再求解的数值方法,得到了凸轮廓面三角形网格上的平均曲率;用加工中心加工了凸轮,装配后与滚子的贴合度较好,机械效率较高。     

一种主动阻尼式燃气作动器的设计及实验验证

为了减小导弹高超音速飞行时,其折叠式舵面在严酷的风载条件下展开到位时的冲击,设计了一种主动阻尼式内缩型燃气作动器,并研制了原理样机。在对作动器的结构、工作原理进行介绍的基础上,设计了其主要零部件并进行了有限元分析。确定了舵面风载荷模拟加载的方法并搭建了地面模拟加载实验系统。建立了作动器工作过程的数学模型和仿真模型,并利用MATLAB/Simulink进行了仿真分析,获得了作动器的主要技术参数,进行了地面模拟加载实验验证,结果表明:在顺风载荷条件下,作动器的活塞拉杆先加速运动,然后减速运动,最后以较小的速度运动到位,因此作动器具有良好的负载自适应能力。实验结果与仿真结果基本一致,可为后续工程应用提供参考。     

基于自抗扰的无人机舵系统大惯量柔性颤振抑制

无人机舵系统中舵机与舵面的传动机构是多级连杆,具有很大的柔性,会产生机械颤振现象。为消除颤振对无人机舵系统的危害,采用自抗扰控制。自抗扰控制采用扩张状态观测器观测得到总扰动并消除柔性对系统带来的影响,使系统近似为一个刚体。仿真验证结果表明,自抗扰控制能够快速跟踪指令并消除由系统柔性带来的颤振。     

基于PZT的非球面能动抛光盘定位误差分析

摘要：变形抛光盘能够改变面型以用于非球面镜加工。基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光磨盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面型,为中小口径非球面镜加工提供了一种新的工具。非球面能动抛光磨盘在相对非球面工件移动时,根据位置,计算出每个PZT驱动器的变形量。因此定位误差会引起压电陶瓷驱动器的变形误差,从而造成输出的非球面面型误差。本文对定位误差进行了理论分析和计算,根据计算结果,定位误差应该限制在±0.5mm。     

一种可伸缩充压管驱动元件及其应用研究

自适应技术被认为是提高传感器飞行器续航能力的有效途径之一,而驱动器是自适应结构可以实施的保障.文中提出了一种“驱动件即结构件”的可伸缩充压管驱动元件,具有驱动和承载双重作用.建立了可伸缩充压管的力学模型并推导得到等效刚度的简化公式.将充压管驱动器应用到某自适应机翼结构中,对机翼在气流扰动下的振动变形进行了仿真.结果表明可伸缩充压管可以产生足够的驱动力和驱动位移,同时可以为自适应结构提供有效的刚度支撑.     

挖掘机工作装置负载口独立控制系统节能特性研究

传统的挖掘机负载敏感系统利用1根阀芯同时控制着液压执行器的进、出口油路,在实现运动控制的过程中,造成了多余的节流损失,使得系统能耗大、效率低,为此,结合负载口独立控制技术,采用了5个二位二通比例阀作为主控制阀,设计了挖掘机工作装置负载口独立控制系统,利用机械动力学分析软件ADAMS建立了挖掘机工作装置的动力学模型,利用液压系统仿真软件AMESim分别建立了负载敏感系统仿真模型和负载口独立控制系统仿真模型,分别对两种系统在平整土地作业工况进行了联合仿真分析。仿真结果表明:挖掘机的动臂缸、斗杆缸、铲斗缸在两种系统中均能很好地完成指定运动轨迹,而且相较于负载敏感系统,负载口独立控制系统的节能效率明显提高,平均节能效率可达到14.47%。