近奇异多维力感知机构理论分析与实验研究
发布时间：2021-07-10 22:52
面向航空、国防、智能制造等领域对各维度灵敏度不同的多维力感知技术的迫切需求,本文基于“微力感知”的思想,巧妙应用近奇异位形作为增力机构,将近奇异位形引入到多维力感知机构的设计研发当中,来提高多维力感知机构不同维度的灵敏度。以近奇异柔性并联多维力感知机构为研究对象,依次开展了构型分析与构型综合、刚度与静力映射建模、性能分析与结构优化设计、样机研制与标定实验等方面的研究工作,丰富了多维力感知机构的构型,为近奇异多维力感知机构的应用提供了新思路。首先,根据机构在近奇异位形下,在某些特定方向上施加力/力矩时,会产生较大内力这一特点,引入近奇异构型设计理念。基于螺旋理论,将近奇异理念与柔性并联多维力感知机构相融合,分别对基于六分支、八分支Stewart平台以及SS分支的近奇异多维力感知机构进行构型设计与构型综合。其次,基于变形叠加原理与变形协调条件,对近奇异构型多维力感知机构的刚度模型与静力映射模型进行了理论推导,得到了其数学表达式。并通过ANSYS Workbench对典型的近奇异六维力感知机构数学模型进行了数值验证,得到了典型近奇异六维力感知机构的灵敏度放大倍数。再次,提出了近奇异度性能指标...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平面3自由度柔性并联机构
形来实现运动和力的传递与转换[1]，具有传统刚性机构所没有的无摩擦、无间隙、精度高以及无需润滑等诸多优点[2]。自上世纪 80 年代提出以来，就被广大学者所重视。历经 30 多年的迅猛发展，已经在诸如微机电系统、生物工程、精密测量与定位、航空航天等领域获得重要应用。多自由度柔性并联机构相对于 6 自由度而言机构运动易于确定，加上柔性铰链精度高的特点，经常应用在高精度领域。Wang 等[3]利用柔性机构，设计了一种新型平面三自由度纳米定位平台，该平台具有高刚性，高放大倍率，高精度圆轨迹跟踪和定位等优点，如图 1-1 所示。Dong 等[4]将柔性关节融入 3-RPR 并联机构设计出一种较高精度的可用于在微纳米工程领域中的平面机械手，如图 1-2 所示。Tian 等[5]基于柔性关节设计出一种三自由度高分辨率并联机构，如图 1-3 所示。Yong[6]等设计了一种 3-RRR 柔性微动平台，如图 1-4 所示。Zhang 等[7]提出了一种用于控制复杂微操纵器的设计优化过程，并在 5-PSS/1-UPU 柔性并联机构上进行了验证。在拓扑优化等方面，在柔性并联机构中也有一定的优化应用研究[8-13]。
图 1-3 3 自由度柔性并联机构 图 1-4 柔性微动平台众多学者对基于柔性关节的 6 自由度柔性并联机构也有不少的研究。Brouwer等[14]利用柔性梁单元设计了一种 6 自由度微定位平台，如图 1-5 所示.。Wang 等[15]提出了一种具有 6 个柔性机械臂的 6 自由度柔性机械手，其精度可以调节，如图 1-6所示。Yun 等[16]将柔性球铰用在 8-PSS/SPS 冗余并联机构中，设计出高精度的微动平台。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进粒子群优化BP神经网络的六维力传感器解耦研究[J]. 张家敏,许德章. 仪表技术与传感器. 2016(07)
[2]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生. 机械工程学报. 2015(13)
[3]整体预紧式六维力传感器动态特性分析[J]. 姚建涛,孙锟,李立建,许允斗,赵永生. 仪器仪表学报. 2014(05)
[4]平板式压电六维力传感器静态性能研究[J]. 李敏,刘俊,秦岚,刘京诚. 机械工程学报. 2014(06)
[5]圆柱、圆筒式称重传感器非线性和旋转误差分析[J]. 刘九卿. 衡器. 2013(03)
[6]六维力传感器静态标定及解耦研究[J]. 刘砚涛,郭冰,尹伟,吴兵. 强度与环境. 2013(01)
[7]基于薄板和伯努利-欧拉梁理论的六维力传感器动态特性分析[J]. 卫然,张志才,许德章. 安徽工程大学学报. 2012(02)
[8]大量程柔性铰六维力传感器静态解耦的研究[J]. 石中盘,赵铁石,厉敏,赵延治,丁长涛. 仪器仪表学报. 2012(05)
[9]Stewart结构六维力传感器各向同性的解析分析与优化设计[J]. 姚建涛,侯雨雷,毛海峡,赵永生. 机械工程学报. 2009(12)
[10]多维加速度场下六维力传感器弹性体结构设计[J]. 吴宝元,吴仲城,申飞. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(S1)
本文编号：3276797
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平面3自由度柔性并联机构
形来实现运动和力的传递与转换[1]，具有传统刚性机构所没有的无摩擦、无间隙、精度高以及无需润滑等诸多优点[2]。自上世纪 80 年代提出以来，就被广大学者所重视。历经 30 多年的迅猛发展，已经在诸如微机电系统、生物工程、精密测量与定位、航空航天等领域获得重要应用。多自由度柔性并联机构相对于 6 自由度而言机构运动易于确定，加上柔性铰链精度高的特点，经常应用在高精度领域。Wang 等[3]利用柔性机构，设计了一种新型平面三自由度纳米定位平台，该平台具有高刚性，高放大倍率，高精度圆轨迹跟踪和定位等优点，如图 1-1 所示。Dong 等[4]将柔性关节融入 3-RPR 并联机构设计出一种较高精度的可用于在微纳米工程领域中的平面机械手，如图 1-2 所示。Tian 等[5]基于柔性关节设计出一种三自由度高分辨率并联机构，如图 1-3 所示。Yong[6]等设计了一种 3-RRR 柔性微动平台，如图 1-4 所示。Zhang 等[7]提出了一种用于控制复杂微操纵器的设计优化过程，并在 5-PSS/1-UPU 柔性并联机构上进行了验证。在拓扑优化等方面，在柔性并联机构中也有一定的优化应用研究[8-13]。
图 1-3 3 自由度柔性并联机构 图 1-4 柔性微动平台众多学者对基于柔性关节的 6 自由度柔性并联机构也有不少的研究。Brouwer等[14]利用柔性梁单元设计了一种 6 自由度微定位平台，如图 1-5 所示.。Wang 等[15]提出了一种具有 6 个柔性机械臂的 6 自由度柔性机械手，其精度可以调节，如图 1-6所示。Yun 等[16]将柔性球铰用在 8-PSS/SPS 冗余并联机构中，设计出高精度的微动平台。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进粒子群优化BP神经网络的六维力传感器解耦研究[J]. 张家敏,许德章. 仪表技术与传感器. 2016(07)
[2]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生. 机械工程学报. 2015(13)
[3]整体预紧式六维力传感器动态特性分析[J]. 姚建涛,孙锟,李立建,许允斗,赵永生. 仪器仪表学报. 2014(05)
[4]平板式压电六维力传感器静态性能研究[J]. 李敏,刘俊,秦岚,刘京诚. 机械工程学报. 2014(06)
[5]圆柱、圆筒式称重传感器非线性和旋转误差分析[J]. 刘九卿. 衡器. 2013(03)
[6]六维力传感器静态标定及解耦研究[J]. 刘砚涛,郭冰,尹伟,吴兵. 强度与环境. 2013(01)
[7]基于薄板和伯努利-欧拉梁理论的六维力传感器动态特性分析[J]. 卫然,张志才,许德章. 安徽工程大学学报. 2012(02)
[8]大量程柔性铰六维力传感器静态解耦的研究[J]. 石中盘,赵铁石,厉敏,赵延治,丁长涛. 仪器仪表学报. 2012(05)
[9]Stewart结构六维力传感器各向同性的解析分析与优化设计[J]. 姚建涛,侯雨雷,毛海峡,赵永生. 机械工程学报. 2009(12)
[10]多维加速度场下六维力传感器弹性体结构设计[J]. 吴宝元,吴仲城,申飞. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(S1)
本文编号：3276797
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