空间曲线索的平衡方程及单索几何判定

空间曲线索平衡方程可在理想柔索假定的基础上进行推导,也可以由空间曲线梁平衡方程退化得到。本文给出后者的连续化分析过程并进行了初步的讨论,目的在于将空间曲线索的各种力学模型统一起来。采用理想柔索假定后单索只能是平面曲线,自然坐标系和整体直角坐标系下平面曲线索的平衡方程是等价的。同时,针对以往单索连续化分析中几何判定的不足,基于空间曲线的弧长独立参数概念,指出单根理想柔索本质上为静不定和动不定体系。     

漂浮载体弹性机械臂动力学控制

导出了漂浮载体弹性机械臂系统约束方程和动力学方程，利用逐次近似法讨论了机械臂结构弹性和负载位姿的影响，提出消除弹性影响的控制方法，并通过算例加以说明。     

Laser-Patterned Carbon-Supported Graphitic Carbon Nitride Quantum Dots for Flexible Nanozyme-Based Fluoride Sensor

Graphitic carbon nitride quantum dots (g-CNQDs)-based colorimetric sensors are typically solution-based and hence incompatible with wearable electronics. Today's competitive technology demands safe and reliable, high-performance sensors suitable for integration with sophisticated electronics—all at a low cost. Herein, a flexible and reusable solid-state fluoride ion sensor manufactured by combining the intriguing surface properties of laser-patterned carbon (LP-C) with the sensitivity of g-CNQDs is reported. LP-C is obtained by direct IR-laser writing onto polyimide films, and g-CNQDs are synthesized via a solvent-free and zero-waste green process. The hybrid of LP-C and g-CNQDs (g-CNQDs/LP-C), mimics the natural enzyme horseradish peroxidase and oxidizes the chromogenic substrate 3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine in the presence of H₂O₂ in acidic media. The highly selective and user-friendly nanozyme sensors feature a lower limit of detection of 0.568 ± 0.006  × 10⁻⁶ m (23.8 ± 1.5 µg L⁻¹) with linearity in the range of 0.5 × 10⁻⁶ to 100  × 10⁻⁶ m . A sensing mechanism based on the electronic transitions of g-CNQDs and LP-C, the two variants of nitrogen-containing carbon used in this work, is established. Finally, the device is tested for fluoride ion sensing in natural water samples collected from the Uhl river in Mandi, India.     

一种新型的列阵反射镜调整架

针对组束激光系统主放大器而设计的一种新型的列阵反射镜调整架, 克服了多个调整架结构松散的缺点, 满足了多路激光束之间间距较小的特殊要求;同时采用了柔性铰链机构及步进电机传动中联轴驱动一体机构,使整套系统具有调整精度高、稳定性好等特点。     

Design of a one-dimensional flexible structure for desired load-bearing capability and axial displacement

A flexible spine is capable of bearing both transverse and axial external loads. At the same time, it is observed in animals that the spine deforms substantially during their motion and this allows the body to move e?ciently and achieve high speeds. This paper deals with the modeling and design of one-dimensional flexible objects for a desired load-carrying capability and axial deflection. The flexible one-dimensional object is modeled as a serial chain of rigid segments connected by one-degree-of-freedom rotary joints with torsional springs and dampers at the joints. For a desired transverse and axial loading, optimization techniques are used to obtain the values of orientation of the rigid segments, the joint stiffness and damping, which gives the desired axial displacement and the shape. It is shown that changing the orientation or the shape of the one-dimensional structure has more effect than changing the stiffness at the joints. Various types of loading and axial deflections are considered and the optimization procedure is illustrated through numerical examples. The response of such a flexible structure to a transient periodic loading is also obtained.     

DYNAMICS MODELING,SIMULATION, AND CONTROL OF ROBOTS WITH FLEXIBLE JOINTS AND FLEXIBLE LINKS$^{\bf 1)}$

本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响. 首先, 建立由$n$个柔性铰和$n$个柔性杆组成的空间机器人模型, 运用递推拉格朗日动力学方法, 得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程. 在动力学建模过程中, 除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响, 还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响. 其中, 柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型, 将柔性铰看成线性扭转弹簧, 不仅考虑了铰阻尼的存在, 还考虑了柔性铰的质量效应. 其次, 编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序, 研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响. 研究表明: 随着柔性铰刚度系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动频率变大. 随着柔性铰阻尼系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动幅值的衰减速度变快. 可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动, 因此铰阻尼的研究具有重要工程意义. 最后, 研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响. 在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时, 通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩. 研究表明: 引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小, 对机器人控制的影响显著.     

DYNAMICS ANALYSIS OF STOCHASTIC SPATIAL FLEXIBLE MULTIBODY SYSTEM 1)

轻质、高精度的柔性多体系统被广泛应用于实际工程领域中.由于实际设计公差、制造误差及环境温度等多种不确定因素的存在,使得柔性多体系统的结构参数(物理参数和几何参数)表现出随机性.具有随机结构参数的动力学模型能够客观地反映出真实系统的动力学行为,且结构参数的不确定性对空间柔性多体系统动力学响应的影响是不容忽视的.针对具有多个随机参数的空间柔性多体系统,提出了一种基于广义alpha算法的非侵入式随机柔性多体系统动力学计算方法.采用绝对节点坐标公式(absolute node coordinate formulation, ANCF)来描述柔性体, 推导建立多体系统动力学模型.利用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)法构建系统随机动力学方程的代理模型,然后将随机响应面法(stochastic response surface method, SRSM)嵌入广义-alpha方法中,分别采用改进抽样的回归方法(regression method of improved sampling, RMIS)和单项求容积法则(Monte Carlo simulation, MCR)来确定样本点.将数值计算结果与蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation, MCS)结果进行对比, 验证了所提算法的有效性.在相同的定积分精度的条件下,根据单项求容积法则确定的样本点的计算结果稳定性更强, 且其计算效率更高.     

六面体单元柔性桁架结构模型与逆模型的辨识

介绍了用自适应LMS滤波器离线辨识六面体单元柔性结构模型和逆模型的方法。文中论述了自适应滤波理论和自适应逆控制之间的关系，讨论了LMS算法，并以实验法测得的六面体单元柔性结构随机振动数据为基础对其模型和逆模型进行了辨识，为进一步开展该结构的自适应逆控制研究奠定了基础。     

基于Newmark格式的多柔体系统子循环算法研究

提出一种基于Newmark积分格式的FMD(Flexible Multi-body Dynamics)子循环算法,可用于求解缩并型的FMD方程.推导了FMD方程中快变分量和慢变分量的同步更新及子步更新公式;在积分过程中,采用能量平衡计算校验算法的稳定性;结果表明该算法可以在保持合适的精度要求下,有效地提高计算效率.     

计及二阶效应的门座起重机变幅工况动力学分析

对门座起重机的变幅工况进行了计及二阶效应的大范围运动弹性动力分析。使用柔性多体系统动力学方法描述柔性体的变形和运动,结合非线性有限元理论推导了一般运动柔性单元在局部坐标系下的计及二阶效应的动力学方程,进而使用三结点Euler-Bernoulli梁单元的形函数,推导了柔性梁单元的动力学方程。对该方程进行静力凝聚并使用随动坐标法,得到便于系统动力学方程组集的整体坐标系下的两结点梁单元动力学方程。对某型门座起重机臂架系统的变幅工况进行了计及二阶效应的弹性动力分析,结果表明:二阶弹性位移和内力均为相应线性解上的波动,且波动幅值较大,因此对大柔度重载机械应进行考虑二阶效应的弹性动力分析。