建立三维空间梯度旋转磁场内胶囊机器人的磁力模型,采用截面法研究梯度磁场内磁力的大小与方向特性,分析梯度场内磁力对机器人运动的影响,采用永磁体对磁力方向性进行验证,并采用胶囊机器人对该磁力进行定量分析,结果表明机器人所受磁力的大小和方向与磁场区域相关,研究结果可以解释试验中出现的机器人停滞不前、倒退和振动等现象,梯度磁场拉力...
项目负责人：宋轶民（E-mail：ymsong@tju.edu.cn）依托单位：天津大学项目批准号：510752951.项目简介飞机制造业是拉动国民经济快速增长、保持国家军事威慑力与国际影响力的战略性产业。航空铝合金整体结构件具有结构复杂、薄壁易变形、金属切除率高等特点,必须采用五轴联动高效加工装备制造。与国际先进水平相比,目前国产装备的结构技术、工...
针对现有的螺旋驱动管内机器人由于弹性臂末端螺旋轮倾角固定所导致的负载能力不可调和能耗调节能力有限的问题,提出一种螺旋轮倾角可控的螺旋驱动管内机器人。螺旋轮倾角可控使机器人在电动机性能约束下具有更大范围的环境适应性和更强的能耗优化能力。基于动力学模型和能耗模型,通过能量优化分析,提出定点作业能量最优控制策略和考虑速度约束...
过约束判断是机构自由度计算的关键,也是瓶颈。为使过约束判断更简单、快速,从其产生的本质出发,考虑约束的相关性,基于一种新的自由度理论,提出结合杆组参数矩阵进行过约束判断的方法。针对夹角不为零的平行R杆组（具有平行转动轴线的杆组）位移参数确定问题,提出参数垂直分量有效法则,使考虑不同几何空间下的螺旋相关性问题转化为仅考虑平行约...
平面折展柔顺机构（Lamina emergent mechanisms,LEMs）是一种新型柔顺机构,其优势是机构由二维薄板平面加工生成而能实现三维运动,而平面折展机构柔性铰链是实现其运动的关键部分。提出一种新型平面折展机构柔性铰链,对该柔性铰链进行分析,分别用等效法和微分法推导出该铰链的两个等效刚度计算公式,并对公式的适用范围进行研究。通过设计实例的...
基于含摩擦和碰撞效应的非光滑动力学原理设计了一种被动移动机器鸭,该装置无任何驱动器和控制器,通过与斜面间的脱离、滑动、黏滞等接触状态的变换,能够周期性、稳定地走下斜面。机器鸭装置的运动存在着多点摩擦、碰撞问题,难以准确确定足-地的瞬时接触状态。应用非光滑多体系统动力学方法建立机器鸭系统的动力学模型,从三维动力学仿真和原理样...
复杂变截面梁结构在运动过程中产生柔性变形对其运动精度与动力学性能有很大影响,因此建立准确的数学模型描述其柔性变形十分重要。基于绝对节点坐标法,考虑变截面梁单元边界特性,建立单元边界非线性函数关系,通过改变积分上下限,将其引入到单元质量矩阵、刚度矩阵的计算模型中。基于牛顿方程,建立变截面梁系统的柔体动力学模型。利用Matlab数值...
结合转子动力学理论和热传导理论建立摩擦热弯曲转子系统的有限元结构-三维热场耦合模型;提出通过预测摩擦热弯曲转子振动响应和摩擦热量发展变化情况判断其稳定性;针对采用传统动力学方法进行多场耦合系统响应分析时计算量太大的问题,结合转轴热传导的慢变特性,提出摩擦热弯曲转子系统稳态响应和稳定性分析的增量谐波平衡-牛顿迭代方法及流程,...
为了更好地满足不同工作任务的要求,结合前人的研究工作提出一种基于综合操作性能指标的锻造操作机多目标优化设计策略。以速度性能、力承载性能和运动解耦性能来综合评价操作机的操作性能,借鉴机器人学中可操作性椭球的概念对速度性能和力承载性能进行相应的量化评估,并根据工作性能对方向性的要求分别定义二者的方向可操作度,引入全域性能的平...
行星齿轮传动结构一般由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架等组成,相比定轴齿轮传动,其结构更加复杂。行星齿轮箱中,多对齿轮啮合引起的振动相互叠加、各啮合点与传感器之间的传递路径周期性变化等特点使其故障诊断比定轴齿轮箱难度更大。为了准确诊断行星齿轮箱故障,分析其传动机理、建立振动信号仿真模型尤为重要。针对这一需求,将行星齿轮箱内...
旋转设备的微弱故障特征信息提取对于故障的早期预警具有重要意义,连续小波可以通过变换对信号实现多尺度细化分析,能够在不同的尺度上描述信号的局部特征,因此有利于微弱故障信号的检测。不同尺度上的信号重构对于设备的故障特征表示并不相同,为此提出一种基于连续小波变换的微弱特征提取新方法。对信号采用连续小波进行分解,应用小波熵来选择...
小波变换被称为＂数学显微镜＂,它对机械信号的多尺度分析在机械设备状态监测和故障诊断领域发挥着重要的作用。然而传统二进小波变换在工程应用中存在一些显著的不足,如平移敏感性、小波尺度能量泄漏、固定的二进＂频率？尺度＂划分网格等。尤其是后者使得经典小波变换对处于二进网格过渡带的特征分析中产生不可避免的＂盲区＂。基于此,提出一...
项目负责人：李亮（E-mail：liangl@tsinghua.edu.cn）依托单位：清华大学项目批准号：509050921.项目简介汽车稳定性控制系统（ESP）是当前国际汽车动力学领域前沿技术。它可降低30%交通事故率,自2012年起欧、美等立法要求新车装备ESP。目前ESP技术被国际企业垄断,但是即使装备ESP仍有近70%汽车瞬态失稳难以避免,因此亟需发展稳定性控制理论，...
采用数值分析方法,计算多自由度结构附带一个冲击减（吸）振器前、后,受突加外扰力的位移响应历程。运用线性振动理论,通过一个典型算例,详细分析冲击减振器对结构振动能量的耗散过程。揭示了碰撞发生时刻,振动能量在系统内各阶模态上转移、扩散规律,展示了冲击减振器快速抑制振动响应的效果及其稳健性。此外,还探讨提高冲击减振器快速耗能性能...
信息、生物、先进制造、航天航空等高科技领域的飞速发展对微/纳加工技术及工艺提出了全新的、苛刻的要求,亟待发展创新的微纳加工方法。基于摩擦诱导微纳米加工方法,利用自制的多点接触微纳米加工设备,在单晶硅表面制备了各种大面积织构,并研究了织构形状和间距对表面接触角的影响规律。结果表明,单晶硅表面织构的线间距越小,表面接触角越大;＂...
为了润滑和节能减排,要求精加工的气缸套内表面具有某些＂深谷＂纹理以储存油剂,但这种分层功能表面也给表面质量的评定带来了困难。传统滤波法和基准拟合法所提取的基准面常常因＂深谷＂被＂拉低＂,最终偏离了理想表面,造成基准面的失真,使得后续的参数评定不够精确。现提出一种新的回归稳健拟合算法,即以二次函数和三角函数为基函数,结合马夸...
基于Hertz弹性理论及分形几何学理论,以粗糙表面突峰变形特征、表面突峰承受法向接触载荷的光滑性和连续性为基础以及严格区分弹性变形和塑性变形,构架微动结合面的一种法向接触校对分形模型。导出表面突峰法向弹性接触载荷和表面突峰法向变形量之间的幂函数方程,提出微动结合面2个突峰之间互相作用的法向接触刚度的求导函数而非偏导函数求解准...
拆解废弃电路板（Printed circuit board,PCB）并重用高价值元器件是一种有效的回收再利用途径。在拆解过程中如果采用不合理工艺极容易导致元器件质量下降,其中塑封芯片内部界面分层是一种常见缺陷。芯片分层通常由过高温度所致,因此有必要对拆解过程电路板温度场和升温策略开展研究。根据充分熔焊和避免芯片分层这两个目标提出了峰值温度准则...
工艺路线规定了将毛坯变成零部件的整个加工过程,工艺路线的低碳优化直接关系到产品生产全过程及整个车间的低碳生产。为实现机械加工工艺路线的低碳优化决策,引入特征元和加工元概念表示机械零部件特征,建立以工艺路线最短总加工时间（高效）和最低总碳排放（低碳）为优化目标的机械加工工艺路线多目标优化模型。应用改进的NSGA-II（Non-domina...
为了实现对数控车削中心主轴箱刚度准确评价及给主轴箱结构改进方案提供负载下刚度检测依据,深入研究全载荷加载装置的加载原理,提出自动变位全载荷下车削中心主轴箱静刚度检测方法,研制全载荷加载装置,应用自动变位全载荷加载装置对车削中心施加载荷进行主轴箱静刚度检测试验;采用有限元法计算全载荷下车削中心主轴箱的静刚度及刚度分布,分析了...
项目负责人：沙菁（E-mail：major212@seu.edu.cn）依托单位：东南大学项目批准号：510050481.项目简介本项目研制具有高结构稳定性的玻璃基纳米孔,实现对生物分子高灵敏度高精度的辨识,可克服固态膜纳米孔力学结构稳定性差和噪音影响显著的缺陷,并降低制造成本。在理论方面,建立熔融玻璃流变成形过程数学模型,为玻璃基纳米器件的制造提供理论依...
多轴超精密同步运动控制系统采用并行多处理器架构,提出基于分布式共享存储思路的数据交互机制,应对该控制系统中的高效数据采样与传输。设计含自定义总线的多总线运动控制网络,在分布式物理内存上实现统一编址的共享内存模型,通过基于硬件实现的消息传递服务刷新共享数据而维护其一致性,减小共享数据访问开销;将数据交互过程与实时控制算法呈流...
针对实际生产对剐齿刀的迫切需求,基于自由曲面设计理论和制造技术,提出适应各种渐开线圆柱齿轮剐齿加工的刀具结构设计方案。以设计原理和可制造性为依据,选择球面为初始前刀面,建立其自由曲面模型;基于曲面共轭原理,建立待加工齿面的共轭面模型;以无理论加工齿形误差为目标,采用前刀面与齿面共轭面的交线作为主刃,建立其数学模型;以一系列的主...
研究复合材料预浸胶布带缠绕控制方法。针对缠绕工艺过程复合材料预浸胶布带受压强不均匀易导致制品性能缺陷,提出用于缠绕层厚度不均匀的缠绕点控制方法——柔性压辊自适应偏航控制方法。在分析复合材料预浸胶布带缠绕成型工艺特性以及刚性压辊与柔性压辊缠绕缺陷的基础上,提出柔性压辊自适应偏航控制要素,建立柔性压辊前点在机床坐标系中的位...
针对模型优化技术在结构耐撞性优化中的应用问题,开展了径向基函数和响应面的预测精度检测和适用性研究,并针对径向基函数中散布常数取值机制不明确的问题进行数值分析,提出基于优化计算的选取策略。具体实施为,先使用遗传算法（Genetic algorithm,GA）直接进行搜寻优化,得到的结果可认为是最优结果,并作为模型优化方法的参照;通过实例证实模型...
在加工高精度非圆零件时,通常先产生非圆零件的轮廓生成直线伺服器的运动轨迹,然后高响应直线伺服器按照生成的运动轨迹进行往复运动,并和驱动非圆零件的主轴同步控制。非圆零件加工轨迹的控制精度是影响零件数控加工的重要因素。提出一种基于扰动观测的数字PID和迭代学习复合控制算法,根据非圆轮廓轨迹表现的周期性特征,使用数字PID和迭代学习...
对镍基粉末高温合金FGH95进行高速铣削加工试验,研究切削速度对FGH95切削表面白层厚度的影响规律,利用有限元对FGH95高速铣削过程进行二维仿真,获得已加工表面的温度场、应变场和应变率场。研究结果表明：FGH95已加工表面白层厚度随着切削速度的提高呈现先增大后减少的趋势;已加工表面温度、应变和应变率的综合作用使表面材料发生相变和晶粒细化...
针对单晶硅这一典型硬脆材料的微磨削材料去除过程进行理论及试验分析,建立了单晶硅微磨削槽磨未变形切屑厚度数学模型,采用电镀金刚石微磨棒在精密微磨削机床上进行单晶硅的微尺度槽磨磨削试验。通过对试验结果的分析给出单晶硅微尺度磨削中边缘裂纹宽度随加工参数变化情况,以及微磨削加工参数对单晶硅加工后表面粗糙度的影响规律。建立微磨削...
针对难加工材料高效磨削砂轮难以满足高气孔率与高强度要求问题,基于氧化铝空心陶瓷球颗粒造孔与增强,开发了一种新型多孔复合结合剂立方氮化硼（Cubic boron nitride,CBN）砂轮。开展了镍基高温合金磨削试验,分别从磨削力、砂轮径向磨损量、磨损形貌过程等方面分析多孔砂轮的磨损特性,并与白刚玉砂轮进行对比。研究表明：多孔复合结合剂CBN砂轮...
DOI：10.3901/CJME.2014.0619.115基于并联机构的圆周对称六足机器人步态分析徐坤丁希仑（北京航空航天大学机器人研究所北京100191）摘要：大多数多足步行机器人的步态研究忽视了机器人本体灵活性和步幅与机器人本体高度的关系。基于并联机构灵活度研究一种圆周对称六足机器人的运动性能。假设机器人支撑足与地面的接触为铰链连接,地面、支撑腿...
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