一种新型变刚度关节结构设计

为研制出一种符合人体肘关节参数的变刚度关节结构,使其在实际应用中能更好帮助到人类.以人体肘关节为例提出了一种符合人体关节形态的变刚度关节结构.在关节中采用了弹簧片、行星轮系和曲柄滑块机构.通过两台电机分别驱动太阳轮和外齿圈,将行星轮的转动转化成滑块的移动,从而改变弹簧片的支撑位置并改变关节的刚度.与其他同类设计相比,所提出的关节在结构和布局方面更符合人体关节的结构形态,可应用于其他关节的设计.     

考虑关节刚度机器人误差响应研究

用Kane方法建立了考虑关节处驱动电机与工作臂之间刚度和阻尼的3关节CP控制工业机器人关节误差响应方程。对不同关节运动规律配置时关节误差响应特性进行了研究,在此基础上提出了选择高速工业机器人关节运动规律的一般原则。     

面向柔性机器人的串联式变刚度驱动器设计

为了提高柔性机器人的动力学性能,设计了一种基于变支点杠杆原理的旋转式串联变刚度驱动器.设计中心对称式刚度调节机构,降低了驱动器内部的摩擦力;通过双层轨道设计,克服了支点与其他受力点间的几何约束,实现零到无穷大的刚度变化范围;引入对称式阿基米德螺线凸轮槽机构保证了两个支点同步运动.在此基础上,建立驱动器动力学模型,设计积分比例(PD)控制器并对驱动器的性能进行了评估.实验结果表明:在-100°～100°运动范围内,驱动器的位置跟踪误差均方根值为0.25°;在10～110 N·m/rad刚度调节范围内,刚度跟踪误差均方根值为0.55 N·m/rad.     

基于关节刚度辨识的机器人加工过程姿态优化

针对工业机器人末端因其弱刚性在负载作用下产生较大力致变形问题,首先构建ABB IRB1410六自由度工业机器人正运动学模型、末端柔度与力致变形模型,再应用工业机器人加工运动过程中基于多位移传感器的关节刚度辨识方法,以法向刚度性能指标作为优化目标建立机器人姿态优化模型,设计模型求解方法优化机器人姿态,并通过重力负载实验获...     

边界层厚度可变的柔性关节空间机器人两级滑模控制

针对空间机器人关节的快速跟踪控制问题,提出一种边界层厚度可变的两级滑模控制方法. 首先对研究对象建模,运用拉格朗日法推导出系统的动力学方程. 考虑其刚柔混合特性,结合奇异摄动理论,将系统分解为快、慢变两个子系统,对快变子系统设计了速度差值反馈控制方法,对慢变子系统设计了两级滑模控制方法,并引入边界层厚度可变的饱和函数来解决系统的振荡问题. 最后利用数值仿真进行了验证.     

用可变截面均压槽实现高刚度空气静压轴承的结构设计

提出了弹性可变截面均压槽的概念,并以此概念为核心提出了用弹性环形薄板实现可变截面均压槽、可变节流器复合作用的推力轴承结构和用弹性环形薄板实现可变截面均压槽与刚性均压槽相组合作用的推力轴承结构.对新型气体静压推力轴承的环形弹性均压槽弹性变形的检测结果表明:均压槽的宽度、深度都能随设计压力的改变产生满足控制要求的尺度变化,说明这种结构的设计、制造和检测都是成功的;对新型气体静压推力轴承的载荷特性的检测结果表明:在检测范围内轴承的刚度处处都比较高,约为150 N/μm.有可能用于载荷变化较大的场合,有较好使用前景.     

凸轮驱动的液压全可变气门机构研究

考虑到电液式可变气门大多需要高响应性的电磁阀,成本高昂控制复杂,而目前市面上技术较为成熟且应用较广VVT和VVL技术,对于配气参数的调节是有限且有级的.作者设计了一种凸轮驱动的可变液压气门机构,并进行了台架试验研究.该可变液压气门机构的提前泄油量的调节可以使气门升程和关闭角同时可变,而延后压油量的调节可以使气门升程,开启角和关闭角均可变.结果表明,所设计的可变气门机构实现了气门开启角,关闭角和气门升程的配气参数全无极可变,并且该系统成本低廉、控制方便.     

串联机器人加工系统关节刚度的高精度辨识方法

提出一种串联机器人加工系统关节刚度的高精度辨识方法.首先,基于雅克比矩阵的Frobenius范数,得到串联机器人加工系统的灵巧性,并确定工作空间内可达姿态的灵巧性数值分布情况.然后,分别选取4组不同等级灵巧性的姿态进行关节刚度辨识实验,并计算出相应姿态下的关节刚度.最后,对辨识出的4组关节刚度的末端变形计算值与测量值进行相对误差分析.结果表明:随着灵巧性的增大,机器人关节刚度辨识的准确性越高;相较于灵巧性较小的姿态,灵巧性较大的姿态的末端变形计算值与测量值的相对误差可降低20%~50%.     

考虑节点刚度的预制混凝土框架结构分析

给出了考虑节点刚度的框架梁的力学模型,推导了用节点连接刚度系数表示的半刚接梁的单元刚度矩阵,以及半刚接梁在荷载作用下的内力计算公式,并利用位移法对一单层单跨框架结构的横梁弯矩及其抗侧刚度进行了讨论.算例结果表明:半刚性连接框架受连接柔性的影响,会使框架结构横梁的杆端弯矩减小,而跨中弯矩增加;结构整体的抗侧刚度则随着节点转动刚度的增加而增加;随着梁柱线刚度比的增加,节点刚度对结构抗侧刚度的影响也随之增大.当梁的线刚度与节点转动刚度的比值α>5,结构受力性能与节点铰接时相近,而当α<0.04时,节点连接可视为刚接.综上所述,节点转动刚度对结构在竖向荷载作用下的内力以及结构整体的抗侧刚度有较大的影响.     

The theoretical analysis of dynamic response on cantilever beam of variable stiffness

The paper presents the theoretical analysis of a variable stiffness beam. The bending stiffness EI varies continuously along the length of the beam. Dynamic equation yields differential equation with variable co- efficients based on the model of the Euler-Bernoulli beam. Then differential equation with variable coefficients becomes that with constant coefficients by variable substitution. At last, the study obtains the solution of dy- namic equation. The cantilever beam is an object for analysis. When the flexural rigidity at free end is a constant and that at clamped end is varied, the dynamic characteristics are analyzed under several cases. The results dem- onstrate that the natural angular frequency reduces as the fiexural rigidity reduces. When the rigidity of clamped end is higher than that of free end, low-level mode contributes the larger displacement response to the total re- sponse. On the contrary, the contribution of low-level mode is lesser than that of hi~h-level mode.     

柔性导轨制孔机器人及变刚度技术研究现状

柔性导轨制孔机器人属于轻型自主移动式制孔设备当中的典型代表,具有小型化、成本低等特点,引起了国内外飞机制造厂商的重点关注。然而,由于导轨柔性不足,限制了其应用范围,只适合于飞机大部件、小曲率表面的制孔和装配。为解决此问题,扩大其应用范围,本文对柔性导轨制孔机器人、变刚度技术进行了综述,创新性的提出了变刚度柔性导轨技术与导轨制孔机器人技术相结合的方案。     

节点刚度对钢框架结构设计的影响

介绍了常用半钢框架节点分析模型,分析了节点变形的主要性能因素;并结合一些算例分析研究了节点刚度变化对框架结构性能的影响。     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

面向软体机器人的新型变刚度技术研究进展

 软体机器人具有多样的运动自由度和良好的环境适应性,而低刚度限制了其实际操作的承载能力。因此,发展面向软体机器人的变刚度技术是当前研究的前沿热点问题。综述了近5年新型变刚度技术进展,分析了其工作原理（静电吸附原理、层干扰原理、自锁折纸机理、电/磁流变原理和最小势能原理）、变刚度性能及实际应用。讨论了当前变刚度技术的挑战和未来的发展方向,并探讨了新一代变刚度技术的潜在研究价值。     

基于小波包技术的变刚度结构动力响应分析

利用小波变换对地震作用下结构的动力反应进行计算和分析,并利用多分辨分析的能量分配关系,研究不同刚度下结构动力响应信号的能量分布特征.通过多自由度体系的算例表明,结构动力响应信号能量分布特征与结构侧移刚度的大小和分布情况密切相关,说明了地震作用下,小波包技术在分析高层建筑刚度的布置和优化及结构物状态的检测方面显示出较大的优越性.     

轴向变刚度矩形截面梁的弹性及弹塑性弯曲?

假定矩形截面梁的材料为非均匀的各向同性的理想弹塑性材料, 其弹性模量、屈服强度以及梁的高度均是梁轴向坐标的函数, 忽略剪切对变形及屈服的影响, 在小变形前提下研究轴向变刚度梁的弹性及弹塑性弯曲问题. 导出了截面高度及材料的弹性模量沿梁长度方向按照特殊函数变化时梁弹性及弹塑性变形的解析解. 采用微分求积法实现了抗弯刚度任意变化时变刚度梁的弹性及弹塑性分析. 通过数值算例分析了抗弯刚度的轴向变化对梁弹性及弹塑性性能的影响.     

复合材料T型整体化结构的刚度简化计算方法

新颖T型复合材料采用蒙皮与筋共用部分铺层的整体化结构形式,其力学性能有别于传统加筋壁板。该文从刚度特性的角度提出了针对这种复合材料整体化结构的等效简化计算方法。提出了壳体等效模型,通过典型加载方式确定了简化模型的参数,并采用经验公式的方法引入了原模型中各参数对刚度的影响。最后从刚度、均布载荷下的弯曲响应、振动模态和固有频率等3个方面对简化方法进行了验证。结果表明:该简化方法能够很好地体现原模型的力学性质,同时极大地减少了计算时间,具有工程应用前景。     

挠性接头角刚度静态测量方法研究

挠性接头角刚度的测量精度直接关系到陀螺仪的控制精度和灵敏度,但传统方法存在较多问题。根据挠性接头角刚度静态测量原理,基于不同的加载方式提出2种角刚度静态测量方法,即机械式加载角刚度测量和压电式加载角刚度测量。搭建以电动倾斜台为分度加载驱动的机械式挠性接头角刚度测量系统,进行挠性接头角刚度测试试验,得出挠性接头角刚度数值。针对机械式加载测量方法中测试结果不稳定的问题,设计利用压电促动器的静态加载机构,提出了一种利用压电促动器测量挠性接头角刚度的方法。使用ANSYS Workbench对压电加载机构位移输出进行仿真,位移输出满足挠性接头角刚度静态测试加载要求,验证了压电式静态测量方法理论的可行性。