面向飞机柔性装配的航空制孔实验平台

自动钻铆技术是新一代飞机数字化柔性装配研制的关键技术之一。随着我国ARJ21和C919大飞机的研制,将钻铆技术和智能机器人控制相结合,解决低成本、柔性且满足高质量制孔要求的柔性轨道航空制孔问题的需求越来越迫切。为了使学生能够了解飞机自动钻铆与机器人机构和控制的原理及基本设计方法,设计并实现了基于柔性轨道的航空制孔实验平台。本文主要介绍了实验平台的硬件环境、软件控制框架、机器人控制的设计流程和实验测试方法。该实验平台在实验教学中取得了良好的效果,通过提出自动钻铆与机器人智能控制的实验契合点,在一定程度上提升了飞机装配中的自动制孔的教学水平,有助于培养具有良好自动制孔机器人开发能力的复合型人才。     

外骨骼机器人柔性变刚度驱动器设计

关节驱动器是外骨骼机器人的核心组成部分,目前传统的刚性驱动器的缺点是：体积大、能耗多以及无法避免外界冲击。为此该文提出一种全新的柔性变刚度驱动器,其基于弹簧的刚度控制,并对此柔性机构进行了理论验证,结果表明全新的柔性变刚度驱动器很好地解决了传统刚性驱动器的主要缺点。     

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。     

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。     

一种新型柔性静电吸附变刚度结构

针对现有变刚度技术刚度控制结构复杂及刚度变化率低,且无法适应变形结构的难题,提出了一种新型柔性静电吸附变刚度结构,以实现柔性结构变刚度的目的。此结构由上、下两个静电吸附层及中间夹层组成,其中静电吸附层由基底、电极层、封膜3层结构组成。静电吸附层的电极材料采用碳膏-硅橡胶电极取代传统的金属电极,基底与封膜也由模量较小的硅橡胶材料制备,因此静电吸附层整体为柔性结构,可承受一定范围内的拉伸、压缩、弯曲、扭转等变形,适应不同形状结构的变刚度需求。通过试验研究了该静电吸附变刚度结构的刚度变化规律,并探究了各种因素对其变刚度的影响,研究结果表明:电压越高、封膜厚度越小,结构变刚度效果越明显;同样电压下,双层静电吸附层比单层变刚度效果好;中间夹层的厚度不会改变刚度变化效果。本设计仅需通过改变电压即可调节结构的刚度,操作方便,且刚度变化率最高可达180%,刚度调节范围较大,是一种应用前景广阔的变刚度结构。     

曲面自动化制孔技术研究现状与发展趋势

随着各国航空航天事业的持续推进与深入,对飞机的性能也提出了更高的要求,提高紧固孔的加工质量,以及构件的抗疲劳特性,延长飞行器的服役寿命,确保航空航天器的可靠与安全,是航空制造工业中的重要研究课题。文章分析了蒙皮制孔技术的特点,综述了国内外精密制孔设备研究现状,对多种自动化制孔设备进行重点分析。研制适用于不同曲率蒙皮制孔的导轨及机器人是新兴的研究方向。     

能量法求解全柔性微动机器人移动副的刚度

全柔性机构中柔性移动副(P副)刚度的求解是进行全柔性并联机构、全柔性并联微动机器人分析的基础工作之一．在柔性铰链力学模型的基础上,利用能量法得出了非对称3．RRRP(4R)全柔性并联机构的变截面柔性移动副(4R)单元上所受外力与端部变形之间的关系,结合柔性铰链的柔性刚度矩阵求得柔性移动副单元刚度表达式方程．并用ANSYS工程软件建立相同的柔性移动副模型进行模拟,模拟结果表明,推导的柔性移动副的刚度与模拟结果很相近,刚度的理论方程具有一定的准确性。     

基于形状记忆合金的变刚度外骨骼设计与建模

为减轻变刚度驱动单元质量,缩小其体积,提出一种基于形状记忆合金(SMA)的变刚度主动元,单个变刚度主动元质量约为68.5 g.为精确控制外骨骼刚度,结合SMA本构模型、相变动力学模型、热平衡方程、输出方程,对SMA进行动态建模.为最大化满足人体运动需求,通过并行布置变刚度主动元的方式,结合导轨机构,构建轻质变刚度外骨骼的原理样机.测试结果显示外骨骼变刚度范围为7～20 N/mm,验证了外骨骼功能的有效性.     

混合驱动连续型机器人设计

连续型机器人具有本质柔顺的本体结构,由此带来的环境适应性和安全性得到了人们的广泛关注.然而柔软的结构也可能导致机器人负载能力和定位精度的不足.针对这种情况提出了一种全新的混合驱动连续型机器人,能够平衡结构柔顺性、定位精度、刚度等性能.该机器人的驱动器在传统气动肌肉的基础上内置弹性杆,保持了系统的紧凑性.通过模式切换机构使驱动器能够在气压驱动与弹性杆驱动两种模式间切换以实现大范围运动和小范围精确定位,并在这个过程中拥有不同的刚度.当机器人进行大范围运动时,由气动肌肉提供主要的行程和输出力;当机器人到达指定工作位置附近时,由直线电机牵引弹性杆驱动机器人末端实现精确定位并提高机器人的刚度.基于力平衡的原理建立了混合驱动器的气压-长度模型,通过模型仿真与实验结果的对比,发现驱动器死区的存在并修正了该模型,验证了机器人驱动器抗迟滞的特性.通过不同姿态与驱动方式下对机器人施加外力的实验证明了机器人的变刚度特性.通过对机器人末端的定位实验验证了混合驱动连续型机器人的重复定位能力相较于单纯气压驱动方式有显著增加.结果表明,通过混合驱动的方式提供了一种具有变刚度效果并能有效增强柔性连续型机器人定位精度的方法.     

基于机器人载体的螺旋铣制孔精度研究

钛合金和复合材料在航空领域已经得到广泛的应用,在飞机装配过程中这些难加工材料紧固孔的精确制造是目前困扰航空企业的难题.螺旋铣作为一种新的制孔技术,在国外已经得到了成功的应用.为促进螺旋铣在国内的进一步应用,本文对飞机装配现场基于机器人载体的螺旋铣加工系统制孔精度进行了深入研究,通过正交试验分析了机器人制孔工艺参数、刀具磨损对制孔精度的影响,与此同时根据典型孔径的连续制孔试验,提出了一种系统误差及刀具磨损的补偿方法,使基于机器人载体的螺旋铣制孔精度达到H9级公差要求.     

磁悬浮车体-单跨弹性轨道耦合控制系统的动力稳定性分析

建立了描述磁悬浮车体-单跨弹性轨道系统电、磁、力耦合动力学行为的理论模型，即：分段周期变系数常微分动力系统模型，提出了该系统的稳定性理论，利用动力分叉数值方法搜索出了给定系统下控制参数G1和G2的动力稳定区域边界；并就系统控制参数G1和G2对系统稳定性特征的影响与控制规律作了进一步研究．数值算例表明：本文给出的理论和数值方法是可靠有效的．     

EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道系统的动力学特性

建立了多车体EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道耦合控制系统的动力学模型.利用数值方法研究了三车体和单车体两类磁悬浮系统的动力学行为.结果表明:在运行的初始阶段,轨道对两类磁悬浮列车车体的动力响应存在很大差别.在相同的运行速度下,两类磁悬浮系统控制增益的稳定性区域不相同,进一步给出了使三车体磁悬浮列车系统保持稳定运动状态的控制增益与系统所能承受的最大悬浮干扰间的变化规律.     

气垫导轨上滑块运动的阻力

滑块在气垫导轨上运动受到的阻力与滑块的平均速度成比例 ,阻尼系数的测量值与滑块运动的速度无关     

含氟导轨材料及其在机床维修上的应用

概述了两种含氟导轨材料及其技术指标和特性,并就实验室和实际应用两个方面对其进行了性能试验与测试.叙述了含氟导轨材料的应用工艺和应用实例.实际应用证明,可使机床导轨寿命延长十年以上,并且应用成本低,社会经济效益显著.     

直线滚动导轨动力学精细有限元建模

提出一种可以减少或避免繁琐实验的、通用的导轨精细有限元建模方法.从分析单个滚珠-沟槽的接触特性出发,确定了在不同预紧力作用下单个滚珠的接触刚度;用弹簧质量单元模拟单个滚珠-沟槽的接触,在充分考虑滚珠分布的基础上完成了导轨系统的精细有限元建模.详细描述了创建该有限元模型的具体流程以及关键步骤,并以THK公司生产的SHS-35R型导轨为例进行了实例研究.获得了该导轨系统的固有特性,并与解析模型分析结果相比较,二者计算分析结果基本相符,从而证明所建模型的正确性.     

直线滚动导轨结合部动力学特性测试及参数识别

基于辨识原理,提出了导轨结合部动力学参数的试验辨识流程,包括标记测量点、频响函数测试、测试数据处理、编制辨识程序等步骤.以组装在床身上的THK导轨结合部为对象,进行了动力学特性测试.并应用Matlab编制了辨识算法,识别出导轨结合部系统法向方向的质量矩阵、刚度矩阵、黏性阻尼矩阵和结构阻尼矩阵,证明了动刚度矩阵法辨识导轨结合部动力学参数的有效性.     

仿猎豹四足机器人结构设计与分析

为满足四足机器人高速奔跑运动性能所要求的脊椎具有柔性和腿结构具有良好的缓冲性能要求,在仿猎豹四足机器人上设计了一种液压驱动的柔性脊椎和腿结构.该脊椎是变截面梁,中间有柔性.该腿结构有髋关节和膝关节,有3个自由度,髋关节有2个主动自由度,即侧摆自由度和俯仰自由度,膝关节具有被动的俯仰自由度.对该脊椎进行了力学分析,对该腿结构进行了刚度特性分析和运动学分析,并对机器人进行了Bound步态仿真.仿真结果表明,这种具有柔性脊椎和非线性刚度变化的腿结构的仿猎豹四足机器人,能够以Bound步态实现较快的稳定奔跑,且足端接触力较小,由此验证了柔性仿猎豹四足机器人脊椎和腿结构的设计是有效的.