基于压电作动器驱动的微操作机构设计与运动控制

设计了一种由压电作动器驱动的微操作机构。基于柔顺机构原理设计了桥式位移放大机构,以改善压电作动器的输出位移。利用伪刚体法和Euler-Bernoulli柔性梁理论建立微操作机构的静力学模型,并通过Lagrange方法推导出其动力学方程,进而获得机构的自然频率。借助于差分进化算法进行柔性铰链几何尺寸优化,并与计算机有限元仿真分析进行交叉验证。最后,实验验证了所提出微操作机构能够获得位移放大倍数为9.8和行程为180μm;在基于观测器PID控制下,机构位移均方根误差和最大位移误差分别为0.071、0.128μm。本文提出的微操作机构具有精度高、鲁棒性强的运动效果。     

加工误差影响柔性铰链机构位移性能的有限元分析

提出一种柔性铰链机构的参数化有限元建模方法,利用有限元软件ANSYS提供的参数化程序设计语言APDL编制程序,在ANSYS中自动生成有限元分析模型。采用该方法分析了柔性铰链最小厚度,切割半径、宽度的加工误差,以及切割圆弧轴心线绕x轴、y轴、z轴的转角误差对柔性铰链机构位移性能的影响情况。分析结果表明,柔性铰链最小厚度的加工误差是对柔性铰链机构位移性能影响最大的因素。     

压电陶瓷驱动器杠杆式柔性铰链机构放大率计算方法

在精密微位移领域,杠杆式柔性铰链机构常被用来放大压电陶瓷驱动器产生的微小位移。在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出杠杆式柔性铰链机构放大率计算公式,并采用有限元分析和实验测试进行验证。通过公式计算、有限元仿真分析和实验测试得到的放大率分别为8.31、8.38和8.20,有限元仿真值和公式计算值之间的误差为1％,实验测试值和公式计算值之间的误差为1.3％,证明了计算公式的正确性。     

精密车削二维微位移刀架研究

设计了一种微米级切削加工的微位移刀架,该刀架可满足数控车床精密加工的需要。该刀架以压电微位移致动器为动力源,以双平行四杆柔性铰链为弹性导轨,以最大输出位移为主要参数,设计了微位移刀架的结构,计算和选择了微位移刀架的结构参数。通过理论建模和有限元分析,对该铰链机构的系统刚度进行了计算,并对二维微位移刀架的输出位移进行实验测试。实验结果表明:理论计算结果、有限元仿真计算结果与实验测试数据吻合,验证了设计方法的可行性。     

柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器建模与实验

为满足新型电液伺服阀的驱动要求,设计了柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器(FASGMA),建立了FASGMA输出位移模型,并进行了实验验证和分析。首先,根据传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),并利用柔性铰链机构放大其输出位移;然后,根据SGMA的结构特点,建立了反映轴向分布不均匀性的SGMA应变模型;接着,利用力学基本原理和有限元法对柔性铰链机构的放大比和固有频率进行了分析,提出了结构优化设计的方法,完成了放大机构结构参数的确定;在此基础上,考虑SGMA与放大机构的相互作用以及SGMA轴向应变分布规律,建立了FASGMA多自由度位移模型,确定了自由度的合理取值;最后,搭建了FASGMA测试系统,进行了阶跃和正弦激励实验,完成了模型验证。结果表明:实验与模型计算结果吻合,证明了模型准确性;在阶跃激励下,FASGMA最大位移约为130μm,响应时间约为70 ms;正弦激励下,FASGMA工作频带为60 Hz,对激励信号有较好的跟随特性。     

充液压电液阻俘能器理论分析与实验

为了提高微小智能元件的隔振、减振和发电能力,设计了一种充液压电液阻俘能器,其利用薄板变形的叠加理论建立了集中载荷作用下圆形压电振子位移曲线及发电能力的计算模型。研究结果表明,俘能器的输出电压与激振电压成正比,另外在频率固定的情况下,俘能器的输出电压随系统背压的增加,发电电压先增加后减小,存在最佳背压使电压达到最大,而且最佳背压还受频率影响。建立了机电等效模型,通过改变电路阻抗进行等效分析,得到的结果与理论仿真结果一致,说明所建立的电路模型能够真实反映理论模型的特性。     

机械加工工艺技术误差分析与改进

机械加工精度和效率直接影响到制造产品的质量和生产成本。通过分析机械加工工艺技术中的误差来源,详细阐述了误差分析的方法和步骤,主要包括误差检测、误差识别、误差分析和误差控制等,并提出相应的误差改进措施及方法。研究结果可对提升机械加工工艺技术的水平提供一定理论和实践参考。     

风洞6_PUS并联支撑机器人运动误差建模与补偿

针对风洞6自由度并联支撑机器人,利用单支链D-H参数方法和摄动法建立了其运动误差模型,编写了误差模型仿真程序。根据风洞实验所需的6种典型运动模式,分析了不同模式下并联支撑机器人输出运动位姿的误差,得到了典型运动模式的误差变化规律。在风洞并联支撑机器人的构件设计和装配过程进行了针对性的误差控制,使设计和制造的并联支撑机器人精度达到了风洞实验的要求,并通过在风洞实验中嵌入与运动误差仿真类似的误差估算程序,再对风洞实验中被试模型的位姿误差进行补偿,实验证明这种方法提高了风洞实验数据的精度。     

农业机械导航中的GPS定位误差分析与建模

为实现高精度的农业机械导航,分析了GPS定位误差及其相关性,运用时间序列分析方法建立GPS静态和动态定位误差的AR模型,给出了导航过程中的定位误差处理方法,并在自制的农田智能移动平台上进行了实验.结果表明,处理后的GPS定位误差信号的相关性明显下降,接近于白噪声,定位误差均值从0.1951m下降为-0.0022m.     

机械加工工艺技术误差分析与控制

随着我们国家经济与科学技术的发展,相关部门开始对相关的机械加工领域产生了更大的重视,机械加工工艺技术的误差分析与控制在机械加工领域有非常重要的作用,对于相关机械加工工艺作品的精度与质量都有很大的影响。本文通过对机械加工工艺技术的误差分析与控制进行相关的分析,对其中存在的一些关键性的问题提出了建议。     

三平移全柔性微动机器人机构的位置运动分析

研究了新型全柔性微动三平移并联机器人机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}的运动学特性,首先求解机构的位置正解方程,并对该并联机构的运动学解耦特性进行分析,发现该三平移机构为近似完全解耦;求解出该机构的位置反解方程及中间变量的表达式;利用ADAMS软件对该机构的位置正解特性进行了仿真模拟,验证了理论推导的正确性。     

车削多面体运动的矢量建模及误差分析

通过矢量分析,选择了车削多面体运动的标架,建立了车削多面体运动的矢量模型,在此基础上给出了描述车削多面体运动的矢量表达式,建立了相对运动的矢量公式和刀尖轨迹的矢量公式。通过几何分析,建立了加工表面的直线度公式。实验验证了车削多面体运动的矢量表达式和加工表面的直线度公式。     

单传感器液体添加系统设计与误差分析

设计的单传感器液体秤基于重量式计量原理 ,采用单传感器结构 ,借助杠杆系统进行称重。分析了该液体秤计量误差的成因以及消除误差的方法。在饲料厂油脂添加系统中的应用表明 ,其性能优于容积式油脂添加系统 ,制造成本与之相当 ,而使用成本显著降低。     

超磁致伸缩伺服阀用电—机转换器传热及热误差分析

提出了一种超磁致伸缩伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的结构并阐述了其工作原理,此电-机转换器采用了油液冷却和反向补偿法来抑制因热产生的位移输出。为分析温升对超磁致伸缩电-机转换器控制精度的影响,基于导热和对流传热理论建立了其传热模型,给出了稳态时超磁致伸缩棒上的温度和热补偿装置上的温度,分析了冷却油液流速对稳态温度的影响,并采用温度场数值模拟的方法对仿真结果进行了验证。分析结果表明,当控制电流为额定值1 A时,若超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度大于0.1 m/s,热补偿装置和超磁致伸缩棒的温度在20.3℃附近且温差在0.2℃以下。由超磁致伸缩棒和热补偿装置上的温度,进一步推导出了超磁致伸缩电-机转换器因热而产生的误差位移。通过仿真分析得出,在超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度等于0.1 m/s时,棒和外壳温度接近且温升不大,热误差位移不大于0.1μm。     

三维触发式坐标测量机测头误差分析与性能实验

阐述了基于光纤布拉格光栅原理的三维触发式坐标测量机测头传感系统及控制箱设计方法,从机械结构、传感信号解调系统以及测量过程中逼近速度和逼近距离等几个角度分析了测头误差来源.根据测头的设计参数要求进行了测头的灵敏度、复位性和测力等性能实验,结果表明该测头单方向重复定位精度为20 nm,灵敏度为50 nm,测量力小于5 mN.     

6自由度微传动平台位姿误差分析与精度补偿

为了提高微传动平台的定位精度,对几何误差进行了分析。利用微分关系构造微传动平台输出位姿误差与各结构参数几何误差之间的映射关系,引入误差权重系数,分析了各结构参数对微传动平台定位精度的影响,建立了微传动平台的精度补偿模型。利用Matlab对微传动平台的定位精度进行计算仿真,搭建实验平台进行实验测试,仿真和实验结果表明,基于权重系数法建立的误差模型合理,并且通过建立的精度补偿模型,微动平台的定位误差从补偿前的20%~30%下降到了补偿后的10%~15%,使微传动平台的定位精度获得了较大提高。